互动科普

近年来，“雨天打手机遭雷击”的报道已有多起，在媒体的渲染下，手机似乎成了招雷器。情况真的是这样吗？

发射电磁波的手机“招”不来雷

众所周知，手机开机后、特别是通话的时候，肯定是要发射电磁波的。不少人觉得，这就可能招来雷电。

的确，猛一看，“发射电磁波”必定跟“电”有关，由此形成某种“电的通道”引来闪电，似乎也有些道理。这个想法很自然，因此迷惑性也相当强。

但是，发射电磁波和“招雷”之间，真的就有关系吗？

根据雷电形成的原理我们知道，闪电的路径取决于通道，没有电离则无法形成通道。那么，什么是电离呢？

空气本来是非常好的绝缘体，但总会有来自宇宙空间的各种射线，导致空气中带有一些带电质点。一般情况下，每立方厘米的空气中约有500～1000对离子。尽管如此，这么稀少的带电粒子其电导性是非常差的，反过来说，就是空气的绝缘性依然非常好。如果空气被大量电离，就能够形成良好电导，这时的空气就相当于导体，自然很容易被电流穿过（即击穿）。

那么，手机辐射的电磁波，如果能够让附近的空气电离、进而形成电导性非常好的放电通道，最终不就会“招”来闪电吗？

这就要研究一下，空气中的这些离子（带电粒子）是如何产生的了。俗话说，天下没有免费的午餐，空气分子要想被拆解或者说电离成电子和离子，也必须获得一定的能量才行，而能引起空气电离的最小能量，就是空气的电离能。

总的来看，空气中带电粒子的产生，无非是以下3种途径，即碰撞电离、热电离和光电离。其中，碰撞电离是指被高速运动的粒子所碰撞的气体分子，它所吸收的动能超过其电离能时，就会被电离为电子和离子，但这一条与手机发射电磁波不沾边；热电离是因为气体的热状态引起的电离，但常温远不足以使空气电离（达到数千度高温时，空气分子运动大大加快，就可能导致电离，其实是碰撞电离的另一种表现形式），也与手机发射电磁波不沾边。惟一可能沾点边的，就是光电离现象。

所谓光电离，就是由于光辐射引起的气体分子电离。这没有什么特殊，气体分子电离时依然要迈过“电离能”这个坎，只不过这一次，提供这个能量的不是动能（碰撞电离）、不是热能（热电离），而是光能而已。要提供给气体分子一定的能量，这束光的能量当然就不能太低。我们都知道，光的能量越高则波长越短，能量高到一定程度、或波长短到一定程度，满足气体的电离能的要求后，就可以使气体电离。对光而言，能让气体电离所对应的最长波长，就是气体的电离临界波长。

手机的无线电波段，其波长远远超越光电离的临界波长，相应地，其能量也远远小于空气的电离能。因此，不管手机是否正在发射和接收无线电波，都不可能导致空气电离，进而也不可能形成良好的电导、促进放电通道的形成以“招”来闪电。

那么，手机还有其他“招”雷的可能吗？

在回答这个问题之前，我们先得来研究一下，避雷针是怎么“招”雷的。

避雷针是如何“招”雷的？

了解了雷电的生成过程后，避雷针的原理也就好理解了。简而言之，雷云放电之前，地面电场相应出现强烈畸变，这时在金属避雷针的顶端形成了局部场强集中的空间，使得闪电对着避雷针放电，然后经过避雷针连接的接地装置流入大地，地面的其他物体因而就躲过了雷击。

因此，避雷针根本不能“避”雷，反而是在“招”雷，通过“牺牲自己”来“保全他人”。那么，它为什么能“招”来雷电呢？

专门留意一下的话，我们就能看到，很多楼顶都装上了避雷针。避雷针应该比被它保护的物体（在这里是楼房）要高，并不难理解。但很多人不清楚的是，高度为20～30米（相当于7～10层楼高）的避雷针，在即将劈下的闪电的“眼里”，却一点也不“醒目”。这是什么意思呢？

中国科学院电工研究所的严萍研究员，是一位在高压电领域潜心钻研多年的专家。她告诉我们，雷暴云在高空飘移时，雷电的第一阶段—先导—在开始时，它是随机地向地面的任意某个方向发展的，只有一路发展到距离地面一定高度后，才会“突然发现避雷针”，然后对它放电。这个“突然发现”的高度H（学名“定向高度”），与避雷针的高度h有关。模拟实验证明，避雷针高度在30米以内时，“突然发现”的高度大概是避雷针高度的20倍左右（避雷针20米高，则在400米高空才会“突然发现”)；当避雷针的高度超过30米后，“突然发现”的高度大约就在600米左右。

避雷针的保护范围

所以，因为种种原因（距离先导太远，或者自身高度太低时），闪电可能根本就“发现不了”它，更不用说对它放电了。比如，避雷针高2米，根据上述实验结果，先导要一直落到距地面40米左右的地方才能“突然发现”这里还立着根避雷针，而在这之前，它很可能已经建立了其他更适合的通道，劈到了别的地方。因此，避雷针不是万能的，它所能保护的区域也是有限的。把一幅纱巾摊平在桌子上，然后用一根笔从中间顶起来，这时纱巾的形状，基本就是笔（避雷针）所能保护的范围。

搞清楚了避雷针的原理，我们再来看手机。第一，手机不接地（人体可以导电，但终究不算良好的接地线）；第二，不是尖端（尖端才更容易聚集电荷，引来雷电）；第三，一般也不超过人的身高，简直是处处跟避雷针的特点对着干，因此至少指望它能按避雷针的原理来“招”雷，是怎么也行不通了。

其实，我们不妨反过来想一下。目前，学术界和工程界的共识是，尚没有一种避雷措施，能够百分之百地防护雷击灾害，每年都因雷击造成大量生命和财产损失。如果手机真的能“招”雷，稍作改良后不就可以彻底解决这个问题，哪里还用那么多的专家进行年复一年的研究呢？

（本文发表于《科学世界》2013年第10期）