雷は、自然界で最も美しい現象のひとつです。 また、人間が知る限り、最も致命的な自然現象のひとつでもある。 雷の温度は太陽の表面よりも熱く、衝撃波は四方八方に広がりますが、雷は物理科学と謙虚さを教えてくれます。 その仕組みはどうなっているのだろうか。 雷が電気を帯びた暴風雨の中で発生することはよく知られていますが、雲がどのように帯電しているかはまだ解明されていません。 この記事では、この現象を理解するために、雷を内側から見ていきます。

雷は、水の循環という、あまり神秘的ではないプロセスから始まります。 水循環の仕組みを完全に理解するには、まず蒸発と凝縮の原理を理解する必要があります。

蒸発とは、液体が熱を吸収して蒸気に変化するプロセスです。 雨が降った後の水たまりが良い例です。 なぜ水たまりは乾いてしまうのでしょうか。 水たまりの中の水は、太陽や環境から熱を吸収し、水蒸気として逃げ出します。 “逃げる “という言葉は、蒸発を論じるときによく使われる言葉です。 液体が熱を受けると、その分子が速く動き回ります。 一部の分子は、液体の表面から離れ、蒸気や気体の形で熱を運ぶほど速く動くかもしれません。

凝縮は、蒸気または気体が熱を失って液体になるプロセスである。 熱が移動するときは必ず、高い温度から低い温度へ移動します。 冷蔵庫はこの考え方を利用して、食べ物や飲み物を冷やしています。 冷蔵庫は、飲み物や食材の熱を吸収し、その熱を運び出す「冷凍サイクル」という低温環境を提供します。 このとき、大気はガスや蒸気に対して巨大な冷蔵庫のような役割を果たします。 蒸気やガスが上昇すると、周囲の空気の温度はどんどん下がっていきます。 やがて、「母なる」液体から熱を持ち去った蒸気は、大気中に熱を奪われ始める。

ここで、この2つの概念を水循環に当てはめてみましょう。

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地球上の水や湿気は太陽や周囲の環境から熱を吸収しています。 十分な熱が吸収されると、液体の分子の一部は十分なエネルギーを得て液体から抜け出し、蒸気として大気中に上昇し始めることがあります。 水蒸気が上昇するにつれて、周囲の空気の温度はどんどん低くなっていく。 やがて、蒸気は周囲の空気に十分な熱を奪われ、再び液体になる。 そして、地球の引力によって、液体は地球に「落下」し、このサイクルが完成する。 ただし、周囲の気温が十分に低ければ、水蒸気は凝縮し、凍って雪やみぞれになることもある。 再び、重力によって凍ったものが地球に戻ってきます。

次のセクションでは、電気嵐の原因について見ていきます。