閃電會釋放強大的能量，因此地面上的高聳建築物通常會裝置避雷針來預防雷擊傷害，但飛機無法安裝避雷針，若剛好經過雷雨區附近，就有可能遭遇雷擊。此時，飛機會怎麼樣？有辦法避免雷擊或降低雷擊傷害的程度嗎？

文／盧衍良
審稿／成功大學物理系教授　許瑞榮

在雷雨天，雷雨雲上的靜電會與地面產生「感應電荷」，造成雲底為負電、地表為正電的情況。根據導體表面電荷分佈的特性，電荷的密度以及電場的強度都跟導體表面的曲率半徑有關，半徑越小（也就是越尖銳），電荷密度跟電場強度就越高（見右圖），因此，地表上高聳尖銳的物體就成為電荷集中所在，該處產生的電場相較四周強，也是最容易引起閃電之處。於是大雷雨時，高聳的物體如旗杆、樹木、高塔、煙囪、電線桿等，都會成為閃電的通道，這也是為什麼下雷雨時，我們總是被告誡千萬不要站在寬廣的平地上，因為相對於空氣，人是良好的導體，容易引導電荷而受雷擊。

高大的建築物為了避免遭到雷擊，通常都會安裝避雷針。避雷針是一支頂部高出建築物、底部與地面相接的金屬桿（見下圖），能夠吸引附近的雷電到自己身上來，使雷電通過自身而排到地面上，也就是「接地」。因此，避雷針的原理並不是阻擋雷電，而是引導雲層裡的電荷沿著安全路徑和地面的電荷中和，藉此保護建築物免受雷電傷害。

相較於其他物體，外形尖銳且位在高聳處的避雷針電荷密度最高。它的底端與導線相連至地底下接地，當閃電發生時，雲層的電荷會從避雷針沿導線釋放到地底下。（電腦繪圖：姚裕評）

高空放電，降低雷擊傷害

飛機在飛行中也有可能遭到雷擊，但是飛機沒有辦法裝接地的避雷針，該如何是好？其實飛機上的乘客不必擔心這個問題，因為由金屬構成的飛機外殼遭受雷擊時，電荷會均勻移動到互斥力最小的金屬外殼表面，而機身內部則不會有電荷，因此內部電場必定為零（見註）。

儘管如此，遭遇雷擊的飛機仍可能因強大電流使機身過熱而局部變形或熔毀；電流所形成的磁場，也會影響機上的電子裝置，對飛航安全還是會有一定的風險。為了降低雷擊的危害，飛機的機翼尾端會裝置靜電刷（見圖），機身尾部通常也會安裝，藉由尖端放電原理，釋放機殼上因空氣摩擦而產生的電荷。金屬的尖端容易吸引電荷，也容易釋放電荷，當機殼上的電荷因釋放而減少時，就能夠大大降低雷擊強度，也就能減緩飛機遭受雷擊時所造成的傷害。換言之，靜電刷與避雷針不同，它主要目的在釋放電荷以降低雷擊強度。另外有些汽車會在後端保險桿裝置一根可拖行在地面上的靜電刷，也是為了排除多餘的靜電荷，如此一來，在乾燥的天氣中開車門，可減少觸電的可能性。

虛線內細長的尖銳物體即裝置在機翼尾端的靜電刷，它們會集中電荷並藉由與空氣摩擦的方式釋放，可降低雷擊強度。

圖為裝置於汽車後保險桿的靜電刷，透過行進時與地面摩擦，將車身的靜電荷釋放到地面。

每次雷擊都會伴隨巨大能量產生，雖然我們對雷電的認識還非常有限，然而目前開發出的各種避免雷擊或降低雷擊強度的科技，已經足以保障大部份的民眾生活，雷擊已經不再那麼具有威脅了。

註：金屬殼內部電場必定為零，可由金屬殼外施一外加電場的簡單例子了解。當金屬殼外加一電場（如下圖藍色箭頭所示），金屬殼會被感應而帶有正負電荷，正電荷往與電場同向的方向移動，負電荷則相反；移動的電荷會在金屬殼內部建立與外部電場抵消的新電場（如下圖紅色箭頭所示），因此金屬殼內部的電場為零。