自本杰明·富兰克林在暴风中升起他的风筝验证闪电现象已经250多年了，科学家们仍然对这耀眼的、有时甚至是致命的闪电现象后面的基本物理因素而迷惑。甚至可以说，科学家对宇宙中星体爆炸的了解都要比对闪电了解得多。

 

闪电是如何产生的？传统的解释是闪电就是储存在电场中的电荷放电。在雷雨云中，冰粒子相互碰撞形成电场。大部分电荷带负电，几千米以下的地面产生正电。最终，两者之间的空气成为电离空气，并传导电荷，或者从云层到云层，或者从云层到地面，从而形成闪电。

 

但是这样的解释有一个缺陷。空气只会在大约2500千伏/米的电场中自然离子化。几百年来，人们用风筝、气球和飞机等危险的测量方法测量了许多雷雨云中的电场。然而，没有人曾经发现过雷雨云中有强烈到足以使空气电离的电场。被发现的电场的强度通常在100千伏/米至400千伏/米之间，还不到形成电离空气所需强度的十分之一。

那么闪电是由什么引起的呢？科学家渐渐把眼光投向了13年前俄罗斯科学家提出的一个理论：引起闪电的是来自太空的轰击地球的高能粒子。这些宇宙高能粒子流被称为宇宙射线，它们是太阳耀斑和远古星球爆炸后留下的残余物。每平方千米的地球大气层每秒钟就受到数以千计的宇宙射线的轰击，其中许多宇宙射线跨越了星际距离。

 

1992年，俄罗斯P.N.列别捷夫物理研究所的亚历克斯·古列维奇提出了宇宙射线可以催生闪电的理论。当宇宙射线撞击地球大气层时，它可能击中空气分子，使其变成离子，从而产生极为高能的电子。在接近暴雨云的电场，这样的高能电子可能被加速到接近光速的程度，然后击中其他空气分子并使它们离子化，如此通过连锁反应，产生越来越多的电子。不断大量涌现的电子使空气电离，导致电荷流动。古列维奇称之为“逃逸崩溃”。这个推测最初被人们认为是标新立异的，但现在却成为主流的解释。

 

逃逸崩溃在开始时所需要的电场强度相对弱得多——大约300千伏／米，大致相当于通常在暴雨云中测得的电场强度。以接近光速的速度移动的粒子发射出高能和射线，比如Ｘ射线和伽马射线，这为检验上述理论提供了一个证据。2001年，美国新墨西哥采矿和技术学院的查利·穆尔及其同事们在记录一次闪电所发出的Ｘ射线时，发现了逃逸崩溃的第一个直接证据。2002年，继穆尔的报告之后，佛罗里达州国际闪电研究和测试中心联合主任马丁·乌曼及其同事们开始用一个X射线探测器观察他们用火箭制造的闪电。令他们惊讶的是，在2002年夏天捕捉到的37次闪电中，有31次释放Ｘ射线。

 

通过最新的研究，科学家认为宇宙高能粒子束以相当的速度闯入大气并激发出一些电子，而这些电子又会去激发其他的分子放出更多的电子，最后达到连锁反应的目的。如果是这样的话，那么闪电发生云层所需要积聚的电能只是原来科学家预估的1/10。

尽管研究人员目前已确信导致闪电的原因是某种逃逸崩溃，而间接证据是，逃逸崩溃可能由在云层之上的宇宙射线引起。但是迄今为止，他们还不能肯定逃逸崩溃都是由宇宙射线引起的。如果研究人员要证明闪电和由宇宙射线引起的离子喷涌来源相同，那么他们就需要找到更加确凿的证据。