球狀閃電之謎

“忽從鮑頂看光芒，難解火球發空花。”它是自然界中的一種奇異現象。有時，它能穿過玻璃窗而元任何損壞的痕跡；有時，它又會把玻璃打碎；有時，它可以飄進建筑物內；有時。它還會進入飛機艙內；有時，它可以在導線上滑動。遇人遏物后即發生爆裂，造成傷亡、火災等事故……盡管人類在近半個多世紀中記錄到了4000多次球狀閃電現象，卻幾乎沒有掌握它的任何可靠數據。

2006年5月25日凌晨2時許，北京朝陽區十八里店村一家制作茶幾的木料加工廠遭到一場特殊的雷擊，一排20間的木料房全部燒毀。作為這場事故的目擊’者，一名木工講述了當時的情景。他回憶到，一團火球似的亮光從西向東飄到了木料房的最東側，隨后就聽到一聲驚雷的巨響，木料房就這樣被點燃了。通常，在雷電交加的暴風雨之夜，我們看到的閃電都是直線形的，更準確地說，是帶有分叉的“樹枝”形狀，我們叫它“枝狀閃電”。然而在某些情況下，也會出現球形的閃電，也就是氣象學家所說的“球狀閃電”。它的出現有時是一場虛驚，但有時卻在瞬間制造災難。

難以捉摸的球狀閃電

關于球形閃電這種奇特的自然現象，我國古代就有過記載。北宋著名科學家沈括(1031－1095年)在《夢溪筆談》中，記述了一次球形閃電的實況，描述了暴雷運行的過程。球形閃電自天空進入“堂之西室”后，又從窗間檐下而出，雷鳴電閃過后，房屋安然無恙，只是墻壁窗紙被熏黑了。令人驚奇的是屋內木架子以及架內的器皿雜物(包括易燃的漆器)都未被電火燒毀，相反，鑲嵌在漆器上的銀飾卻被電火熔化，其汁流到地上，鋼質極堅硬的寶刀竟熔化成汁水。令人費解的是，用竹木、皮革制作的刀鞘卻完好無損。上述奇異現象，令沈括及歷代科學家們無法做出準確解釋，成為歷史上的一個懸案。

人們對球狀閃電的探索僅有250多年的歷史，目前能夠找到的最早一份記錄是科學家里奇曼在1953年試圖重復富蘭克林的風箏實驗時的不幸遇難。當時，一個拳頭般大的淡藍色火球離開他實驗室的避雷針，無聲無息地飄浮到他的臉上，接著發生了一聲爆炸——這位科學家便倒下了!在他的前額上留下了一個紅斑，在他的一只鞋底上打穿了兩個洞眼，這可能是有史以來第一個因為球狀閃電而獻出寶貴生命的科學家。幾百年來，人們一直在努力追蹤它們的蹤跡，試圖測量其物理性質。19世紀一些最優秀的物理學家都對球狀閃電進行過細致的研究，包括法國。的弗朗西斯·阿拉貢、英國的邁克爾·法拉第、美國的尼古拉·特斯拉以及諾貝爾物理學獎得主、俄國著名物理學家卡皮扎。但遺憾的是，進展始終不大。人們關于球狀閃電的知識仍然十分匱乏。這不難理解：因為它神出鬼沒，沒人能預測出它會在何時何地出現，它可不會老老實實地跑進擺滿測量儀器的實驗室里去。科學家們能做的只是收集來自世界各地目擊者的觀測報告，從中歸納出一些普遍特點——球狀閃電，也叫等離子體火球，俗稱滾地雷(以下簡稱火球)，多發生在雷雨天的枝狀閃電之后或地震前后，晴天里也時有出現。根據大量的火球觀測資料，火球的一般性質可概括如下：

●形狀：火球的形狀多為球形，也有橢球形、梨形、紡錘形、帶形、盾形、栓形及螺旋形等。

●直徑：火球的直徑一般為幾厘米到幾十厘米，但也有小于1厘米和大到幾米的。

●顏色：兩種最常見的顏色是白色和橘黃色，其他較常見的顏色有紅色、黃色、綠色、藍色以及紫色等。銀色和黑色很少見。

●速度：可從靜止到難以想象的高速(每小時2萬多千米，但這種情況不是在雷暴中)，一般速度約為每秒5米，即每小時18千米。

●聲音：極少情況下會產生噼哩啪啦或咝咝的聲音。

●結構：似乎是某種等離子體或云霧狀物質，有的球狀閃電中心是透明的，有的是中空的，或根本沒有明顯的固定結構，有些球狀閃電似乎處在動態的變化中。

●氣味：目擊者說有燒焦或硫磺的氣味，還有說有時有氨水或臭氧的氣味。

●亮度：球狀閃電一般都像路燈一樣亮。它們有時白天即可見到，但人們通常是夜間見到它們照亮了大地。

●溫度：火球有冷熱之分。有些火球當人靠近它時不覺得熱，而有的火球則有高熱輻射，甚至引起火災。

●壽命：火球的壽命一般為幾秒，個別的可長達幾分鐘，而普通枝狀閃電的壽命不到1秒。

●運動軌跡：球狀閃電往往沿“之”字形的路線行走，靈巧地躲避各種障礙物，有的掉在地上還能像皮球一樣反彈起來。實際上，火球有飄動和轉動兩種運動形式。在天空中首先看到的是那些直接向下降落的火球，其中有些在接近地面時突然改變方向，再沿水平方向移動；在地面附近的多數火球的運動軌跡是彎曲的；有些火球在短時間內能靜止不動地懸在空中，然后又突然離去。

●出現地點：可以是街道、煙囪、室內，甚至飛機座艙里!如1984年，一架客機正在前蘇聯上空正常飛行，突然一個不速之客——球狀閃電出現在機艙里，它掠過乘客的頭頂，飛到機尾，突然分裂成兩團半月形的閃電消失了，只在機艙壁上留下了兩個大洞。

●引發現象：許多火球無聲無息地消失，但相當一部分火球在消失時發生爆炸，甚至損壞建筑物，造成人畜傷亡。比如1849年，幾位巴黎市民目睹了一個紅色的球狀閃電在半空中飄浮，突然間爆炸開來，向四面八方發出刺眼的光，隨即在附近一堵墻上轟開了一個炮彈大小的洞。多數火球出現時伴有強烈的電磁效應。火球能使電器設備燒毀短路，甚至造成嚴重的停電事故。火球喜歡沿導體運動，能使金屬熔化。火球落入水中能使大量的水沸騰。

人們注意到：每當球狀閃電消失以后，往往會出現淺褐色的煙霧并有一種相當強烈的清新味道。根據已知氣體的性質可以判斷，淺褐色的煙霧可能是二氧化氮，而有清新氣味的可能是臭氧。1965年前蘇聯的大氣物理學家德米特里耶夫的巧遇證實了這種判斷。這年夏天，他到奧涅加河邊度假。一天傍晚，下了一場暴雨，德米特里耶夫上站在帳篷旁觀賞自然景色。一會兒，空中出現一個強大的閃電，1分多鐘后，突然在他面前出現了一個淡紅色的火球，火球在離地面大約1.5米的高度向他慢慢滾來，邊滾邊放出黃色、綠色和紫色的小火花，同時發出噗噗的聲音。當火球滾到他跟前時就上升，并且在空中一動不動地停留了幾秒鐘，然后又向樹叢滾去，轉來轉去，最后熄滅了。職業的本能驅使德米特里耶夫立即撲向自己的背包，從中取出燒瓶，在他手夠得著的高度上，采集了球狀閃電所經過之處的空氣樣品。然后他在實驗室里對這些空氣樣品進行分析，結果表明樣品中臭氧和二氧化氮的含量大大超過了正常值。

雖然科學家對球狀閃電進行了大膽合理的試驗，但對于這些化學變化中，是什么物質引起形成的自然現象呢?依然一籌莫展，拿不出有力的結論。

問題即是化了妝的答案

球狀閃電的成因到底是什么?直到20世紀80年代后期，以1988年7月在東京召開的首屆球狀閃電國際學術會議為標志，對球狀閃電的研究才有迅速進展?，F在，日本、英國、俄羅斯和中國都有了球狀閃電研究組織，世界各國收集的火球目擊報告超過萬例。日本、美國、荷蘭、以色列和德國等國還在實驗室內做出過各種球狀閃電。

法國巴黎天文臺的物理學家卡鮑格納尼是研究球狀閃電領域的權威。他說：“目前主要有兩個理論解釋它們。其一是傳統理論，是由俄國物理學家卡皮扎提出的。該理論認為，球狀閃電是雷雨時由普通閃電激發的。在閃電的作用下，電荷在空氣中聚集在一點，產生了會發光的旋渦狀高溫等離子體。在其內部，高速旋轉的離心力與外部的大氣壓達到平衡，因而能夠維持較長時間的穩定性。”也就是說，球狀閃電就是雷雨天氣中產生的等離子體團。等離子體不同于人們熟知的圓體、液體、氣體三態，是物質存在的另外一種形態。日常生活中的等離子體并不多見，但在茫茫宇宙中，以等離子體形態存在的物質卻占到了物質總量的99％以上。我們賴以生存的太陽，就是一個巨大的等離子體團，其內部每時每刻都在發生劇烈的、核聚變反應——四個氫原子核融合成一個氮原子核，同時生成大量的光和熱。在地球上，科學家們也在日復一日、年復一年地工作，試圖在精密的儀器中重現太陽上等離子體發生的核反應，通過模擬核聚變，源源不斷地獲得’能量。一旦這項技術走向成熟，人類面臨的能源短缺問題將有望徹底得到解決。

目前已經獲得了一些可喜的進展：2006年3月，在美國桑迪亞國家實驗室中，科學家們使用一臺名叫Z－Machine的實驗裝置，生成了20億度的等離子體——這是在地球上從未達到過的溫度，甚至比太陽核心的溫度還要高數十倍。在如此高的溫度下，物質的形態是怎樣的?具有哪些性質?這些問題甚至連打破這一記錄的科學家們自己也還沒完全弄清楚。2002年，兩位澳大利亞物理學家約翰·亞伯拉罕森和詹姆斯·迪尼斯提出了另外一個理論，即閃電擊中了地面，在高溫下，地面上物質迅速地蒸發、汽化，生成了一種非常小的“微米顆粒”，其大小比一根頭發絲的直徑還要小幾百到幾千倍，在微米量級上。由于靜電力的作用，這些微米顆粒相互吸附在一起，并且能夠生成極細的纖維。這些纖維與空氣中的氧氣接觸，發生氧化反應，同時生成光和熱，這樣就形成了球狀閃電的外觀。除了上面兩種理論以外，還有脈澤孤立子理論。這種理論認為球狀閃電是由地球大氣層中的脈澤輻射引起的。脈澤輻射的原理和激光是相同的，只不過發生在微波波段，而不是可見光波段。在空氣體積很大時，脈澤輻射會產生一個局部范圍內的強電場，我們叫它“孤立予”，這很可能就是雷雨天人們看到的球狀閃電。

然而，宇宙之謎的深邃總是遠遠超過人類的智慧，這些理論和模型都只能解釋球狀閃電的部分性質——這仍不是最終答案。

選自《科學世界》