雷はどうして光ってから音が鳴るの？

仕組みの科学

雷が光ってから音が遅れて届く理由は、光と音の伝わる速さがまるでちがうことにある。気象庁の解説によれば、光は一秒でおよそ三十万キロメートルという途方もない速さで進む。一方、音はまわりの空気を次々に振動させながら伝わる波なので、その速さは一秒でおよそ三百四十メートルにとどまる。両者の差はおよそ百万倍にもなる。雷雲の中では、光（いなずま）と音（雷鳴）はほぼ同時に生まれている。それでも、光は一瞬で目に届くのに対し、音は空気の中をゆっくり進んでくるため、遅れて耳に達する。これが「ピカッ」と「ゴロゴロ」がずれる正体だ。ではなぜ光と音が生まれるのか。気象庁によれば、雷の正体は電気である。放電が起きると、その通り道の空気は光った瞬間に一万度ほどにまで一気に熱せられる。熱せられた空気は急激に膨らみ、まわりの空気を激しく振動させる。この振動が耳まで伝わったものが雷鳴だ。セーターを脱ぐときのパチッという静電気とよく似た現象で、それをはるかに強力にしたものが雷なのである。

歴史と発見

光ってから音が届くまでの時間で、遠くの出来事までの距離をつかむ——この知恵は古くから使われてきた。花火や雷を見て、光の直後に音が来れば近い、間があけば遠い、と人々は経験的に感じ取っていた。やがて、光と音それぞれの速さが数値としてわかると、この感覚は計算に置きかえられるようになる。気象庁は、音が一秒におよそ三百四十メートル進むことを使えば、稲光から雷鳴までの秒数から雷までのおおよその距離が見積もれると説明している。たとえば音が届くまでに数秒かかれば、その雷は一キロメートル前後の距離にあると見当がつく。また、あれほど激しい雷の正体が「電気」であることも、長い研究の積み重ねの末に明らかにされてきた。今日では、雷を空から観測して、どこでどれくらい雷の活動が活発かをリアルタイムでつかむしくみも整えられている。夜空を照らす一瞬の光と、遅れて響く轟音のずれは、速さという物理の基本を、だれもが体で感じられる身近な教材でもあるのだ。

もう一歩先

雷の光と音のずれは、日常でためせる科学だ。稲光が見えたら「一、二、三……」と秒数を数え、鳴りだしたら止める。その秒数に、音が一秒で進むおよそ三百四十メートルをかければ、雷までのおおよその距離が計算できる。三秒なら約一キロメートル、六秒なら約二キロメートルという具合だ。数える間隔がだんだん短くなっていれば、雷雲が近づいているサインでもある。ただし、これはあくまで距離のめやすであって、安全のためのものだ。雷は遠くに見えても、次の一撃が急に近くへ落ちることがある。ゴロゴロと音が聞こえはじめたら、無理に距離を測り続けず、早めに丈夫な建物の中など安全な場所へ移ることが大切だ。同じ「光と音のずれ」は、花火大会でも観察できる。遠くの花火ほど、開いてから音が届くまでの間が長い。光が一瞬でとどくのに対し、音がゆっくりと追いかけてくるようすを、耳をすませて確かめてみるとよい。光の速さと音の速さの差は、雷にかぎらず、私たちのまわりのいたるところに顔を出しているのである。