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编译 李念华
人们早就认识到,球形闪电是一种十分罕见的自然放电现象。但是,在许多人(包括科学家)的眼里,球形闪电仍然是一个神秘而无解的现象。最近,巴西科学家在实验室中制造出了高尔夫球大小的球形闪电,这或许有助于破解球形闪电之谜。
神秘现象
人类早就对球形闪电感到困惑。我国北宋著名科学家沈括(1031-1095 年) 在《梦溪笔谈》中记述了一次球形闪电发生的过程:球形闪电自天空进入“堂之西室”后,又从窗间檐下而出,雷鸣电闪过后,房屋安然无恙,只是墙壁窗纸被熏黑了。令人惊奇的是,屋内的木架以及架上的器皿杂物(包括易燃的漆器)都未被电火烧毁,相反,镶嵌在漆器上的银饰却被电火熔化,其汁流到地上,钢质的宝刀竟被熔化成汁水。更令人费解的是,用竹木、皮革制作的刀鞘却完好无损。
1754 年,当时的著名科学家乔治· 理士曼博士正在俄罗斯的圣彼得堡市进行一项模拟富兰克林用风筝导电的经典实验。突然,一道闪电击中理士曼手中的导电棒,接着一个棒球大小的蓝白色发光球体从测试设备中蹦出并击中理士曼的头部,令他当场死亡。后来人们在理士曼博士的前额看到一个红色斑点,还在他的一只鞋上看到两个烧焦的小洞。
1936 年,英国伦敦,有人看到一个苹果大小的球形闪电掉进一个水桶里,使桶里盛着的约15 升水在几分钟内持续沸腾,20 分钟后依然可以把人烫伤。
在美国尤尼昂维尔小城,一次狂风暴雨、雷鸣电闪之后,一个家庭主妇打开电冰箱时,惊奇地发现里面放着烤鸭、煮熟的蛋和莴苣,可她清楚地记得这些东西放进电冰箱时全部都是生的。这些东西是怎么变成熟的了呢?原来这个家庭主妇离家外出时忘记关上窗户,一个球形闪电从窗户飘进屋内,然后钻入电冰箱里,刹那间把电冰箱变成了电烤箱,烤熟了里面的食品。有趣的是,电冰箱竟然没有损坏,还能照常使用。
美国人赫博拉曾经与球形闪电有过一次近距离接触。在16岁那年,他与朋友一起在野外露营。一场突如其来的雷阵雨迫使他骑车返回营地,却遭遇了终身无法忘怀的一幕:他看见一个网球大小的炽热球体在不远处飘浮,起初球体是在距离地表近1 米的高度飘浮着,后来钻进了他们露营的帐篷,变得更加贴近地面。在轻轻掠过地面的同时,它不停地旋转、摆动,同时还发出类似水沸腾时的嘶嘶声。再后来,球体从帐篷的另一端飞出,飞行的高度恢复到先前距离地面的高度。当赫博拉把他所见到的情形告诉其他人时,他们还以为他被大雨淋得脑子出了问题。以后,他再没有提及这次难忘的经历。10年后,他参加了一次学术研讨会,才知道自己当年见到的其实就是球形闪电。
此类的报道还有很多,但人们包括科学家们似乎更愿意把它们看成是茶余饭后的笑谈。直到1963 年3 月19 日的一场意外,科学家的看法才发生了彻底的改变。当时一批美国科学家正搭乘飞机从纽约飞往华盛顿。途中,他们遭遇了一场突如其来的风暴。一位科学家无意间发现一个直径约20 厘米的发光球体穿透驾驶舱墙壁飞进来,然后一路沿着机舱过道穿行,最后从飞机尾部飞出。这个意外事件最终引起了科学界对球形闪电的关注。
之后,科学家从世界各地收集到近10 万份亲历者的口述记录,并据此归纳出球形闪电现身时的基本情况。首先,众多亲历者不约而同地提到了飘浮着的发光球体。这些球体的大小不等,有的如网球般大小,有的则相当于沙滩排球。其次,这种现象通常是伴随着电闪雷鸣同时出现的。第三,发光的球体多数时候是飘浮在地表的,偶尔会经由地表或其他障碍物向上反弹,似乎不受重力或风力作用的约束。第四,球体发出的光亮差不多与一个100 瓦的灯泡相当,但可以穿透玻璃窗户,甚至烧毁电视屏幕。绝大多数情况下,球形闪电并没有展现出致命的杀伤力,但不时会有人因它而丧命。乔治· 理士曼就丧生在球形闪电的击打之下。第五,球形闪电通常只能持续约10 秒钟左右,时间非常短促,而后要么自行消失,要么随爆炸而迅速消散。
未解之谜
半个多世纪以来,人们记录了数千次球形闪电现象。但是,球形闪电是怎样形成的?为什么会成为火球形状?能量来自何方?为什么发光时间相对长?至今还没有定论。
在多数情况下,球形闪电形如圆球,偶尔也会呈现出类似短棒、哑铃之类的异形。球形闪电的直径通常约为5 厘米,但最小的仅相当于一颗豌豆,最大的竟可以与一辆轿车相比。球形闪电的颜色多变,时而呈鲜红色或淡玫瑰色,时而呈蓝色或青色,时而呈刺眼的银白色,有时竟然是黑色。球形闪电的光亮通常持续而稳定,但偶尔也有忽亮忽灭的个例。它的运行速度非常缓慢,有时与人们跑步的速度差不多。它有时会发出轻微的呼哨声。人眼很容易跟踪观察它。它行进的方向和风向一致,喜欢追逐过堂风或随风飘游,因而有时会通过开着的门窗或烟囱及各种缝隙钻进室内。有时它会停止不动,悬挂在人们的头顶上。当碰到障碍物时,它常会爆炸而发出巨响,也可能无声无息地消失。在平坦宽敞的地方,它总是慢速飘浮在贴近地表的空气中,而如果是在房间里,它甚至可以慢速漂移到各个角落。尽管已经知道球形闪电能够发出相当于100 瓦灯泡的亮度,但科学家却搞不清楚使它发亮的能量来源。球形闪电自身的热度估计约30 瓦,却可以使玻璃溶化。它能像气团一样随意飘浮在空气中,同时也能像液体物质一样紧紧收缩成团。最令人不解的是,球形闪电的运动轨迹不是直冲云霄,而是不规则地浮动。球形闪电的种种特性令人匪夷所思。
许多人致力于探求球形闪电形成的原因。有人猜测,球形闪电很可能是具有高等智慧的外星生命,它们是想来采集人类的DNA标本。当然,这种说法毫无根据。一些科学家猜测,引发球形闪电的罪魁祸首可能是等离子。按照他们的解释,自然界中有大量等离子云,它们由大量带电微粒组成,能够在相互的作用下构成原子,同时发出光亮。在雷雨交加的时候,等离子云从常见的闪电中获取能量,就可能形成球形闪电。另一些科学家则指出,球形闪电的确可能与闪电、带电微粒等相关,但其形成过程要复杂得多。闪电在击打地面时,可能生成了某种类似气团的物质。这种物质与空气中的氧气混合形成微粒,经过缓慢的燃烧释放出化学能。最初生成时,这种类似气团的物质中蕴藏有大量电子能,其中一小部分能量转化为化学能,储存在之后生成的微粒物质中。
在各种纷繁的猜测中,新西兰科学家约翰· 阿巴拉罕逊的看法最具理性。他认为,球形闪电的出现与硅粒子在空气中燃烧有关,是一种化学反应的表现。硅是陆地上最常见的元素之一。当地表受到闪电的击打时,巨大的能量可能导致部分地表物质蒸发,高温的硅蒸气随之升腾到大气中。随着高度的增加,环境温度下降,气态物质团收缩形成微小颗粒。由于微粒的带电情况有 差异,它们相互组合形成细线。由于温度极高,暴露在大气氧气环境下的微粒开始自燃,于是发光发热。又由于硅粒子自身的重力与向上浮力相抵,因此可以飘浮起来。一旦所有的硅粒子燃尽,球形闪电也就随之消失。这种解释听起来很有道理,但也存在一些缺陷。首先,它无法解释没有硅物质情况下出现的球形闪电,比如高空飞行中的飞机。第二,一直没有人能通过实验来验证这个猜测,没有科学家能在实验室条件下制造出与天然球形闪电类似的人工球形闪电。
为了揭开球形闪电之谜,科学家需要通过实验模拟生成球形闪电。近年来,科学技术得到长足的发展和完善,科学家已经能够借助摄像机记录自然界出现球形闪电的真实场景,而这些资料对科学家的深入研究有极大的帮助。在核工业领域,科学家一直在尝试制造人工球形闪电,以便推进核电工业的发展。他们尝试制作了磁力瓶,但释放的电力仅能持续几微秒,转瞬即逝。科学家猜测,球形闪电能储藏足够的能量。如果这种说法是对的,那么有朝一日,人类说不定就能够借助它来获取干净而廉价的生活用电。
最新进展
最近,巴西科学家在实验室中制造出了高尔夫球大小的球形闪电。这种人造球形闪电与自然界的球形闪电十分类似:球身看起来比较蓬松,在旋转的同时能够释放火花,还不时上下摆动。它们在实验室里的运动也不规律,时而在地表上方滚动,时而从障碍物上跃起,灼烧与之接触的所有东西。巴西科学家的实验有可能撩开了球形闪电的神秘面纱。
巴西科学家是通过硅物质燃烧而人为制造出球形闪电的。巴西科学家花费了两年多的时间,试图用实验证明先前新西兰科学家约翰·阿巴拉罕逊的理论。他们利用电极对硅晶片进行强力电击,使硅物质局部气化,最终制造出球形闪电。这些人造球形闪电大多只能持续2~5秒钟,但有一个竟持续了8秒多钟(这个记录基本上与天然的球形闪电持平)。这个实验结果令研究者感到振奋,持续8秒多的人造球形闪电将有助于科学家对其成因的解释。
此外,巴西科学家还认为, 除硅以外,其他普遍存在于自然界的金属物质如铝、铁等也可能在特定情况下促使球形闪电的形成。这个说法能够解释为什么有人在搭乘飞机的过程中看到球形闪电。目前,科学家们还无法用实验对上述说法加以验证。一旦这些物质被证实能够生成球形闪电,那么就意味着电线杆、电子设备、屋顶材料之类的物体,在闪电的击打下,都有可能引发球形闪电。科学家还指出,除了闪电以外,大气云层间的小规模放电现象、地震释放出的热能等,都可能充当激发球形闪电的初始能量源。
总的说来,球形闪电的出现通常需要具备若干条件。第一,有常规的闪电出现。第二,闪电必须击中诸如建筑物、土壤或树木之类蕴含金属或氧化物质的物体。土壤中含有大量氧化硅物质和碳物质,电击后可以生成硅。硅在高温条件下气化,冷却后形成硅微粒,进而形成长线。第三,需要长条形通道。通常雷电击打地面时会挖出像腊肠一样的洞穴,形成一条温度极高的通道。氧化硅物质不断膨胀,最终从通道口喷射而出,形成环状涡流,进而形成球体。在构成球体结构后,硅物质因继续进行氧化反应而保持高温,同时实现长距离位移。附着在微粒表面的氧化层逐渐集结,剧烈的化学反应趋于平和,当微粒中的金属物质完全耗尽时,球形闪电最终或者悄然消失或者轰然爆炸。
球形闪电蕴含有大量能量,足以置人于死地。球形闪电中的金属物质可以与任何含水物质发生反应,一旦与人体产生接触,就会导致严重的烧伤。但总的说来,其危害性比常规雷电要小一些。
闪电的类型
线状闪电 与其他闪电不同的地方是,线状闪电拥有特别大的电流强度,平均可以达到几万安培,在少数情况下可达20 万安培。这么大的电流强度,足以毁坏和摇动大树,有时还能伤人。当它接触到建筑物时,常常造成“雷击”而引起火灾。线状闪电多数是云对地的放电。
片状闪电 片状闪电是一种比较常见的闪电形状。它看起来好像是在云面上有一片闪光。这种闪电可能是云后面看不见的火花放电的回光,或者是云内闪电被云滴遮挡而造成的漫射光,也可能是出现在云上部的一种丛集的或闪烁状的独立放电现象。
带状闪电 带状闪电由连续数次的放电所组成。在各次闪电之间,闪电的路径因受风的影响而发生移动,使得各次闪电互相靠近,形成一条带状。带的宽度约为10米。这种闪电如果击中房屋,可以立即引起大面积燃烧。
联珠状闪电 联珠状闪电看起来好像一条在云幕上滑行或者穿出云层而投向地面的发光点的连线,也像闪光的珍珠项链。有人认为联珠状闪电是从线状闪电到球状闪电的过渡形式。联珠状闪电往往与线状闪电接踵而至,几乎没有时间间隔。
火箭状闪电 火箭状闪电比其他各种闪电放电慢得多,它需要1~1.5秒钟时间才能放电完毕。用肉眼可以很容易地跟踪观测它的活动。球状闪电 球状闪电(也叫球形闪电)是一种十分罕见的闪电形式。
黑色闪电 人们都见过耀眼的蓝白色闪电,这是空中的大气放电的自然现象,但没有人见过不发光的“黑色闪电”。科学家在通过长期的观察研究后证明了“黑色闪电”的存在,但还无法解释它的成因。
火山喷发与闪电
火山喷发可以引发地震、雪崩等相关自然灾害。科学家最近发现,除此之外,火山喷发还可以引发具有相当危害性的闪电。当火山喷发时,科学家往往能够在火山喷发最猛烈的区域观察到闪电的身影,这些闪电来自于火山喷发时形成的大片羽状云。
为了更进一步地了解火山闪电,科学家托马斯和他的同事研究了位于阿拉斯加库克海港的一座无人小岛上的火山。这座名为奥古斯丁的火山十分活跃,每隔10 年就会喷发一次。他们在火山口架起数台电波接收器,对火山进行实时监控。同时,他们运用同样的电波接收器,对其他地方出现的雷电现象进行追踪和记录。他们发现,与雷雨闪电一样,火山闪电也会发出电子脉冲。(在日常生活中,如果我们遭遇雷雨天气,车载收音机就会变得不稳定,发出嘶嘶或嘭嘭的杂音,这些杂音就是电子脉冲带来的干扰。)借助这些电子脉冲信号,科学家最终可以查明生成闪电的云层的工作原理。同时,科学家通过三维立体图像还可以搞清楚闪电在火山羽状云层中的情形。
当大量火山灰和各种碎屑从火山口高速地喷出时,人们就可以在火山口看到闪电现象。之前科学家所观察到的火山闪电来自火山口上方的羽状云层,后来才发现还有一些闪电其实就在喷发着的火山口生成。按照研究者的描述,火山闪电的生成大致有两个阶段。各种物质喷涌而出时,巨大的电光也随之在火山口处出现。另有一部分闪电则顺势向上运动,冲出火山口后,在它上方充斥着各种碎屑物质的云层中,完成瞬间放电的过程。在火山羽状云中形成的闪电外观与雷雨闪电十分相似,有许多细小的分叉,电光亮一次的时间持续半秒左右。
1980年,位于美国华盛顿州的圣海伦斯火山喷发,有人认为生成的火山闪电引发了附近地区的森林大火。科学家在观察奥古斯丁火山喷发时,看到闪电在羽状云的云层间运动的场景。放电现象仅持续了约10 分钟,但闪电次数却多达300 次左右,科学家因此得出结论,火山闪电相当于威力巨大的夏季雷雨闪电。
在世界许多地方,大型的火山喷发通常都伴有闪电现象。研究者推断,能否形成火山闪电可能与火山喷发的力度和火山喷发的物质等因素有关。火山喷发越猛烈,各种碎屑的运动速度就越大,就可能生成更多的闪电。在夏威夷,火山喷发时只有岩浆流,没有碎屑物质,因而不大可能生成闪电。
人们早就认识到,球形闪电是一种十分罕见的自然放电现象。但是,在许多人(包括科学家)的眼里,球形闪电仍然是一个神秘而无解的现象。最近,巴西科学家在实验室中制造出了高尔夫球大小的球形闪电,这或许有助于破解球形闪电之谜。
神秘现象
人类早就对球形闪电感到困惑。我国北宋著名科学家沈括(1031-1095 年) 在《梦溪笔谈》中记述了一次球形闪电发生的过程:球形闪电自天空进入“堂之西室”后,又从窗间檐下而出,雷鸣电闪过后,房屋安然无恙,只是墙壁窗纸被熏黑了。令人惊奇的是,屋内的木架以及架上的器皿杂物(包括易燃的漆器)都未被电火烧毁,相反,镶嵌在漆器上的银饰却被电火熔化,其汁流到地上,钢质的宝刀竟被熔化成汁水。更令人费解的是,用竹木、皮革制作的刀鞘却完好无损。
1754 年,当时的著名科学家乔治· 理士曼博士正在俄罗斯的圣彼得堡市进行一项模拟富兰克林用风筝导电的经典实验。突然,一道闪电击中理士曼手中的导电棒,接着一个棒球大小的蓝白色发光球体从测试设备中蹦出并击中理士曼的头部,令他当场死亡。后来人们在理士曼博士的前额看到一个红色斑点,还在他的一只鞋上看到两个烧焦的小洞。
1936 年,英国伦敦,有人看到一个苹果大小的球形闪电掉进一个水桶里,使桶里盛着的约15 升水在几分钟内持续沸腾,20 分钟后依然可以把人烫伤。
在美国尤尼昂维尔小城,一次狂风暴雨、雷鸣电闪之后,一个家庭主妇打开电冰箱时,惊奇地发现里面放着烤鸭、煮熟的蛋和莴苣,可她清楚地记得这些东西放进电冰箱时全部都是生的。这些东西是怎么变成熟的了呢?原来这个家庭主妇离家外出时忘记关上窗户,一个球形闪电从窗户飘进屋内,然后钻入电冰箱里,刹那间把电冰箱变成了电烤箱,烤熟了里面的食品。有趣的是,电冰箱竟然没有损坏,还能照常使用。
美国人赫博拉曾经与球形闪电有过一次近距离接触。在16岁那年,他与朋友一起在野外露营。一场突如其来的雷阵雨迫使他骑车返回营地,却遭遇了终身无法忘怀的一幕:他看见一个网球大小的炽热球体在不远处飘浮,起初球体是在距离地表近1 米的高度飘浮着,后来钻进了他们露营的帐篷,变得更加贴近地面。在轻轻掠过地面的同时,它不停地旋转、摆动,同时还发出类似水沸腾时的嘶嘶声。再后来,球体从帐篷的另一端飞出,飞行的高度恢复到先前距离地面的高度。当赫博拉把他所见到的情形告诉其他人时,他们还以为他被大雨淋得脑子出了问题。以后,他再没有提及这次难忘的经历。10年后,他参加了一次学术研讨会,才知道自己当年见到的其实就是球形闪电。
此类的报道还有很多,但人们包括科学家们似乎更愿意把它们看成是茶余饭后的笑谈。直到1963 年3 月19 日的一场意外,科学家的看法才发生了彻底的改变。当时一批美国科学家正搭乘飞机从纽约飞往华盛顿。途中,他们遭遇了一场突如其来的风暴。一位科学家无意间发现一个直径约20 厘米的发光球体穿透驾驶舱墙壁飞进来,然后一路沿着机舱过道穿行,最后从飞机尾部飞出。这个意外事件最终引起了科学界对球形闪电的关注。
之后,科学家从世界各地收集到近10 万份亲历者的口述记录,并据此归纳出球形闪电现身时的基本情况。首先,众多亲历者不约而同地提到了飘浮着的发光球体。这些球体的大小不等,有的如网球般大小,有的则相当于沙滩排球。其次,这种现象通常是伴随着电闪雷鸣同时出现的。第三,发光的球体多数时候是飘浮在地表的,偶尔会经由地表或其他障碍物向上反弹,似乎不受重力或风力作用的约束。第四,球体发出的光亮差不多与一个100 瓦的灯泡相当,但可以穿透玻璃窗户,甚至烧毁电视屏幕。绝大多数情况下,球形闪电并没有展现出致命的杀伤力,但不时会有人因它而丧命。乔治· 理士曼就丧生在球形闪电的击打之下。第五,球形闪电通常只能持续约10 秒钟左右,时间非常短促,而后要么自行消失,要么随爆炸而迅速消散。
未解之谜
半个多世纪以来,人们记录了数千次球形闪电现象。但是,球形闪电是怎样形成的?为什么会成为火球形状?能量来自何方?为什么发光时间相对长?至今还没有定论。
在多数情况下,球形闪电形如圆球,偶尔也会呈现出类似短棒、哑铃之类的异形。球形闪电的直径通常约为5 厘米,但最小的仅相当于一颗豌豆,最大的竟可以与一辆轿车相比。球形闪电的颜色多变,时而呈鲜红色或淡玫瑰色,时而呈蓝色或青色,时而呈刺眼的银白色,有时竟然是黑色。球形闪电的光亮通常持续而稳定,但偶尔也有忽亮忽灭的个例。它的运行速度非常缓慢,有时与人们跑步的速度差不多。它有时会发出轻微的呼哨声。人眼很容易跟踪观察它。它行进的方向和风向一致,喜欢追逐过堂风或随风飘游,因而有时会通过开着的门窗或烟囱及各种缝隙钻进室内。有时它会停止不动,悬挂在人们的头顶上。当碰到障碍物时,它常会爆炸而发出巨响,也可能无声无息地消失。在平坦宽敞的地方,它总是慢速飘浮在贴近地表的空气中,而如果是在房间里,它甚至可以慢速漂移到各个角落。尽管已经知道球形闪电能够发出相当于100 瓦灯泡的亮度,但科学家却搞不清楚使它发亮的能量来源。球形闪电自身的热度估计约30 瓦,却可以使玻璃溶化。它能像气团一样随意飘浮在空气中,同时也能像液体物质一样紧紧收缩成团。最令人不解的是,球形闪电的运动轨迹不是直冲云霄,而是不规则地浮动。球形闪电的种种特性令人匪夷所思。
许多人致力于探求球形闪电形成的原因。有人猜测,球形闪电很可能是具有高等智慧的外星生命,它们是想来采集人类的DNA标本。当然,这种说法毫无根据。一些科学家猜测,引发球形闪电的罪魁祸首可能是等离子。按照他们的解释,自然界中有大量等离子云,它们由大量带电微粒组成,能够在相互的作用下构成原子,同时发出光亮。在雷雨交加的时候,等离子云从常见的闪电中获取能量,就可能形成球形闪电。另一些科学家则指出,球形闪电的确可能与闪电、带电微粒等相关,但其形成过程要复杂得多。闪电在击打地面时,可能生成了某种类似气团的物质。这种物质与空气中的氧气混合形成微粒,经过缓慢的燃烧释放出化学能。最初生成时,这种类似气团的物质中蕴藏有大量电子能,其中一小部分能量转化为化学能,储存在之后生成的微粒物质中。
在各种纷繁的猜测中,新西兰科学家约翰· 阿巴拉罕逊的看法最具理性。他认为,球形闪电的出现与硅粒子在空气中燃烧有关,是一种化学反应的表现。硅是陆地上最常见的元素之一。当地表受到闪电的击打时,巨大的能量可能导致部分地表物质蒸发,高温的硅蒸气随之升腾到大气中。随着高度的增加,环境温度下降,气态物质团收缩形成微小颗粒。由于微粒的带电情况有 差异,它们相互组合形成细线。由于温度极高,暴露在大气氧气环境下的微粒开始自燃,于是发光发热。又由于硅粒子自身的重力与向上浮力相抵,因此可以飘浮起来。一旦所有的硅粒子燃尽,球形闪电也就随之消失。这种解释听起来很有道理,但也存在一些缺陷。首先,它无法解释没有硅物质情况下出现的球形闪电,比如高空飞行中的飞机。第二,一直没有人能通过实验来验证这个猜测,没有科学家能在实验室条件下制造出与天然球形闪电类似的人工球形闪电。
为了揭开球形闪电之谜,科学家需要通过实验模拟生成球形闪电。近年来,科学技术得到长足的发展和完善,科学家已经能够借助摄像机记录自然界出现球形闪电的真实场景,而这些资料对科学家的深入研究有极大的帮助。在核工业领域,科学家一直在尝试制造人工球形闪电,以便推进核电工业的发展。他们尝试制作了磁力瓶,但释放的电力仅能持续几微秒,转瞬即逝。科学家猜测,球形闪电能储藏足够的能量。如果这种说法是对的,那么有朝一日,人类说不定就能够借助它来获取干净而廉价的生活用电。
最新进展
最近,巴西科学家在实验室中制造出了高尔夫球大小的球形闪电。这种人造球形闪电与自然界的球形闪电十分类似:球身看起来比较蓬松,在旋转的同时能够释放火花,还不时上下摆动。它们在实验室里的运动也不规律,时而在地表上方滚动,时而从障碍物上跃起,灼烧与之接触的所有东西。巴西科学家的实验有可能撩开了球形闪电的神秘面纱。
巴西科学家是通过硅物质燃烧而人为制造出球形闪电的。巴西科学家花费了两年多的时间,试图用实验证明先前新西兰科学家约翰·阿巴拉罕逊的理论。他们利用电极对硅晶片进行强力电击,使硅物质局部气化,最终制造出球形闪电。这些人造球形闪电大多只能持续2~5秒钟,但有一个竟持续了8秒多钟(这个记录基本上与天然的球形闪电持平)。这个实验结果令研究者感到振奋,持续8秒多的人造球形闪电将有助于科学家对其成因的解释。
此外,巴西科学家还认为, 除硅以外,其他普遍存在于自然界的金属物质如铝、铁等也可能在特定情况下促使球形闪电的形成。这个说法能够解释为什么有人在搭乘飞机的过程中看到球形闪电。目前,科学家们还无法用实验对上述说法加以验证。一旦这些物质被证实能够生成球形闪电,那么就意味着电线杆、电子设备、屋顶材料之类的物体,在闪电的击打下,都有可能引发球形闪电。科学家还指出,除了闪电以外,大气云层间的小规模放电现象、地震释放出的热能等,都可能充当激发球形闪电的初始能量源。
总的说来,球形闪电的出现通常需要具备若干条件。第一,有常规的闪电出现。第二,闪电必须击中诸如建筑物、土壤或树木之类蕴含金属或氧化物质的物体。土壤中含有大量氧化硅物质和碳物质,电击后可以生成硅。硅在高温条件下气化,冷却后形成硅微粒,进而形成长线。第三,需要长条形通道。通常雷电击打地面时会挖出像腊肠一样的洞穴,形成一条温度极高的通道。氧化硅物质不断膨胀,最终从通道口喷射而出,形成环状涡流,进而形成球体。在构成球体结构后,硅物质因继续进行氧化反应而保持高温,同时实现长距离位移。附着在微粒表面的氧化层逐渐集结,剧烈的化学反应趋于平和,当微粒中的金属物质完全耗尽时,球形闪电最终或者悄然消失或者轰然爆炸。
球形闪电蕴含有大量能量,足以置人于死地。球形闪电中的金属物质可以与任何含水物质发生反应,一旦与人体产生接触,就会导致严重的烧伤。但总的说来,其危害性比常规雷电要小一些。
闪电的类型
线状闪电 与其他闪电不同的地方是,线状闪电拥有特别大的电流强度,平均可以达到几万安培,在少数情况下可达20 万安培。这么大的电流强度,足以毁坏和摇动大树,有时还能伤人。当它接触到建筑物时,常常造成“雷击”而引起火灾。线状闪电多数是云对地的放电。
片状闪电 片状闪电是一种比较常见的闪电形状。它看起来好像是在云面上有一片闪光。这种闪电可能是云后面看不见的火花放电的回光,或者是云内闪电被云滴遮挡而造成的漫射光,也可能是出现在云上部的一种丛集的或闪烁状的独立放电现象。
带状闪电 带状闪电由连续数次的放电所组成。在各次闪电之间,闪电的路径因受风的影响而发生移动,使得各次闪电互相靠近,形成一条带状。带的宽度约为10米。这种闪电如果击中房屋,可以立即引起大面积燃烧。
联珠状闪电 联珠状闪电看起来好像一条在云幕上滑行或者穿出云层而投向地面的发光点的连线,也像闪光的珍珠项链。有人认为联珠状闪电是从线状闪电到球状闪电的过渡形式。联珠状闪电往往与线状闪电接踵而至,几乎没有时间间隔。
火箭状闪电 火箭状闪电比其他各种闪电放电慢得多,它需要1~1.5秒钟时间才能放电完毕。用肉眼可以很容易地跟踪观测它的活动。球状闪电 球状闪电(也叫球形闪电)是一种十分罕见的闪电形式。
黑色闪电 人们都见过耀眼的蓝白色闪电,这是空中的大气放电的自然现象,但没有人见过不发光的“黑色闪电”。科学家在通过长期的观察研究后证明了“黑色闪电”的存在,但还无法解释它的成因。
火山喷发与闪电
火山喷发可以引发地震、雪崩等相关自然灾害。科学家最近发现,除此之外,火山喷发还可以引发具有相当危害性的闪电。当火山喷发时,科学家往往能够在火山喷发最猛烈的区域观察到闪电的身影,这些闪电来自于火山喷发时形成的大片羽状云。
为了更进一步地了解火山闪电,科学家托马斯和他的同事研究了位于阿拉斯加库克海港的一座无人小岛上的火山。这座名为奥古斯丁的火山十分活跃,每隔10 年就会喷发一次。他们在火山口架起数台电波接收器,对火山进行实时监控。同时,他们运用同样的电波接收器,对其他地方出现的雷电现象进行追踪和记录。他们发现,与雷雨闪电一样,火山闪电也会发出电子脉冲。(在日常生活中,如果我们遭遇雷雨天气,车载收音机就会变得不稳定,发出嘶嘶或嘭嘭的杂音,这些杂音就是电子脉冲带来的干扰。)借助这些电子脉冲信号,科学家最终可以查明生成闪电的云层的工作原理。同时,科学家通过三维立体图像还可以搞清楚闪电在火山羽状云层中的情形。
当大量火山灰和各种碎屑从火山口高速地喷出时,人们就可以在火山口看到闪电现象。之前科学家所观察到的火山闪电来自火山口上方的羽状云层,后来才发现还有一些闪电其实就在喷发着的火山口生成。按照研究者的描述,火山闪电的生成大致有两个阶段。各种物质喷涌而出时,巨大的电光也随之在火山口处出现。另有一部分闪电则顺势向上运动,冲出火山口后,在它上方充斥着各种碎屑物质的云层中,完成瞬间放电的过程。在火山羽状云中形成的闪电外观与雷雨闪电十分相似,有许多细小的分叉,电光亮一次的时间持续半秒左右。
1980年,位于美国华盛顿州的圣海伦斯火山喷发,有人认为生成的火山闪电引发了附近地区的森林大火。科学家在观察奥古斯丁火山喷发时,看到闪电在羽状云的云层间运动的场景。放电现象仅持续了约10 分钟,但闪电次数却多达300 次左右,科学家因此得出结论,火山闪电相当于威力巨大的夏季雷雨闪电。
在世界许多地方,大型的火山喷发通常都伴有闪电现象。研究者推断,能否形成火山闪电可能与火山喷发的力度和火山喷发的物质等因素有关。火山喷发越猛烈,各种碎屑的运动速度就越大,就可能生成更多的闪电。在夏威夷,火山喷发时只有岩浆流,没有碎屑物质,因而不大可能生成闪电。