落雷（雷光）の仕組み

質問

先日、某テレビ局の番組で落雷の仕組みを取り上げていました。
その中で、

　「実は、我々が目にしている雷は、地上に向かって落ちてきた光ではなく、空に向かって昇っている光だという。」

と言う解説がありました。
確かにハイスピードカメラで捉えた映像では、その様に見えます。
落雷や稲妻の仕組みについては色々なサイトで解説されていますので、おおむね把握出来ました。（先駆放電（ステップトリーダー）～主雷撃 までの流れ、等々）
ただ、前述の「空に向かって昇る光」についての解説は、上手く見つけることが出来ません。

お聞きしたいのは、
　１．「そこで何が起きているのか？」
　２．「それがなぜ、地上から雲に向かって（光が）昇っていくように見えるのか？」
です。
（私の落雷の理解が、「電子の流れ」でしか捉えていないからかも知れませんが・・・）

気になり始めると夜も眠れないような状況ですが、どなたかお知恵をお貸しください。
よろしくお願い致します。

回答No.3

中村 拓男（@tknakamuri） · ベストアンサー

>雷＝電子の流れ（移動？）と考えて良いような気がするんですが、ダメでしょうか？

電子は秒速100km 以上の速度に加速されるようですね。
平均速度はよくわかりませんでしたが似たようなオーダーのようです。
＃シャワーなので減速や加速を繰り返すはずなので・・・

>具体的にどういった原子が上昇していくのか？

調べてみた限りでは 窒素と酸素が大部分ですね。後水蒸気などが少々。
窒素と酸素は N2+, O2+ というように分子のままイオン化するようです。

お礼

すばらしい！
ありがとうございます。

ようやく頭の中のモヤモヤが晴れた感じです。
私が捜した限りですが、どこも「電荷」とばかり書いてあって、この様な具体的な記述が無いのは、なぜなんでしょう。

ところで、ここまで教えて頂いたら新たな疑問が・・・

ほとんどの雷関連の説明文には、
「雷発生の最初の段階では、雲底に集まった負電荷によって，大地では正電荷が誘導される」
と書かれています。（夏の雷の場合）
この、大地に誘導される正電荷（主に窒素イオンや酸素イオンと言うことになりますか）は、
　始めから自然界に存在していた物が集まってくるのでしょうか？
　それとも、雷発生のプロセスの中でイオン化されて行く、と言うことなのでしょうか？

（おそらく、極めて初歩的な事なのでしょうが）

回答No.4

中村 拓男（@tknakamuri）

>この、大地に誘導される正電荷（主に窒素イオンや酸素イオンと言うことになりますか）は、
>　始めから自然界に存在していた物が集まってくるのでしょうか？

窒素イオンや酸素イオンは放電で発生する空気中のイオンです。
大地には水があるので、水に溶ける様々な電解質のイオンが予め溶け込んでいます。
プラスに誘導されるということは、陰イオンが逃げ、陽イオンがよってきている
状態ということでしょう。

お礼

なるほど、そう言うもなのですね。
漠然とイメージはありましたが、良く解りました。

ついでの質問にまでご丁寧に回答して頂き、本当にありがとうございました。

回答No.2

中村 拓男（@tknakamuri）

ちょっと調べてみただけなので、間違いがあるかも知れませんが、
こういう風に進むみたいです。

最初はまず雲に余った電子が、雲の直ぐしたあたりの空気の原子に衝突し、原子がイオン化します。
このとき剥ぎ取られた電子が降下して、また別の原子をイオン化します。
このようにして電子のシャワーが発生します。

シャワーが地面まで達すると、今度はイオン化した原子が上昇を始めます。
これを「お迎え放電」と呼ぶのだそうです。

最初の放電はあまり光りませんが、イオン化した原子は移動時に何故か強烈に発光するので、
高速度撮影すると、最初にちょろっと光った後、上に上る強烈な光が映るのだそうです。

それから、これは雲が負に帯電した場合ですが、雲の頭部の正極から
地面に落雷するケースもあるようです。

お礼

少しすっきりしました。ありがとうございます。

私もHP上で色々捜しましたが、
　「落雷の最初の段階で出来たプラズマの道を、地表の正電荷が上場する際に・・・」
と言う表現ばかりで、なぜか
　「正電荷」＝「イオン化した原子」
と明示してくれてないんですよね。
（こういう分野では、この様に表現してはいけないんでしょうか？）

この辺が専門知識の乏しい小生にとって、すっきりしない点でした。
どこかのサイトで、私と同じような質問を見かけましたが、
「何かが移動するのではなく、電荷が移動するのです。知識のない方には難しいでしょうが・・・」
などと回答されていて、ますます疑問を感じていました。

あとは、具体的にどういった原子が上昇していくのか？　ですね。
大気の成分としては窒素原子とか酸素原子とかでしょうか？
それとも「雷」特有のものがあるのでしょうか？

回答No.1

ORUKA1951

（私の落雷の理解が、「電子の流れ」でしか捉えていないからかも知れませんが・・・）
　ひょっとして電流とは電子の移動と誤解されている???
　　電線内の電子なんて、カタツムリの歩く速度より遅いかも(^^)

　電荷が移動することによって、大気がイオン化され、その経路が完成すると、大電流がその経路を流れる。このときの電流の担い手はプラズマ＝イオンです。
　そのエネルギーによって大気分子などが発光する。

　電解液を電気が流れるのも電子ではなくイオンでしたね。

　α線(ヘリウム原子核)も、プラズマも電荷を運べます。電流≠電子です。

お礼

ご回答ありがとうございます。

＞電荷が移動することによって、大気がイオン化され

　（ちょっと質問からはそれますが…）
　以下は、色々な解説をもとにした、私の解釈です。また、あくまで雷に限定した場合です。
　雷の初期の段階は、雲から正電荷された地表に向かって放出された電子が大気中の原子や空気分子に衝突してイオン化させ、そこから飛び出た電子も地表に向かってイオン化を繰り返しプラズマの道を作り続け、このプラズマの道にそって更に雲から電子が送り込まれながら、徐々に地表に近付いていく、と理解しています。
　この段階までは、雷＝電子の流れ（移動？）と考えて良いような気がするんですが、ダメでしょうか？
　また、この場合の電荷の移動は、電子の移動によるものと考えてはいけないのでしょうか？