土里生出的球形閃電

宋麗麗

謎一樣的球形閃電一直是科幻小說的主角，也是眾多UFO愛好者重點關注的對象。然而，由于稍縱即逝、神出鬼沒，幾個世紀以來，球形閃電一直都只有傳說而難見真容。科學界甚至認為球形閃電是子虛烏有的現象，直到幾十年前才承認它的存在。我們關于球形閃電的認識也大部分局限于一些偶然的、肉眼觀測的報告。

2012年7月23日夜間，同往常一樣，西北師范大學教授袁萍和她的博士生在青海省的高原上用攝像儀監測一場雷暴。突然間，伴隨著轟鳴的雷聲，天空中一道極強的閃電打到地上，亮光引發一個光球。立刻，他們意識到，這就是極為罕見的球形閃電。袁教授和她的博士生不僅目睹而且用儀器捕捉到了這一瞬間。

球形閃電通常在雷暴天氣下發生，要么是擊中地面的云對地閃電過后立即發生，要么是伴隨在閃電附近，一般10秒之內就會消失，個別可長達幾分鐘。球形閃電的顏色可以是白色、黃色、紅色、橙色、紫色或者綠色。在早期的目擊報告中，球形閃電有時會爆炸并引起致命后果。

西北師范大學師生的觀測是在一個云對地閃電多發的山區進行的，觀測點海拔2530米，距離球形閃電約900米。他們隨身攜帶的數碼攝像儀記錄了球形閃電從產生到消失的全過程，拍下了82張球形閃電的靜態彩色圖片，并做了光譜分析。而另一個高速攝像機則拍下了2360張靜態黑白圖片，主要是球形閃電后期的圖片。這是人類第一次獲得如此詳細的球形閃電資料。這些珍貴的影像資料，為研究者分析球形閃電的光譜及構成元素提供了極大幫助。

他們觀測到，隨著一道閃電擊中地面，產生了一個光球。光球最初是紫白色，80毫秒后變成了橙色，160毫秒至1100毫秒之間一直呈現白色，在消失階段變成了紅色。光球的演化過程分為3個階段，在開始階段直徑會有短暫的變化，接著，直徑穩定為約5米，持續了一段時間后消失。總的來說，顏色、大小、光的強度在整個過程中變化并不是太大。光球從地面升起后，以每秒 8.6米的速度平行移動了大概14米，然后消失。整個過程只持續了1.64秒，但已經足夠研究者分析球形閃電的光譜。

這一發現被發表在2014年1月出版的 《物理學評論快報》上，文章提供了球形閃電真實存在的科學證據，并分析了球形閃電的成因及演化過程。

關于球形閃電的成因，一直眾說紛紜。2000年，詹姆斯·迪尼斯和約翰·亞伯拉罕森提出了一個理論。他們認為，球形閃電很可能是普通閃電擊中地面后釋放出能量，從而使土壤中的二氧化硅蒸發，并被土壤里的碳元素還原成高能的硅原子造成的。這些高能原子生成硅納米顆粒，飄浮在空中形成球狀區域，被空氣氧化而發光發熱，從而形成球形閃電。

2007年，根據這個理論，派瓦等人通過在純硅中進行電弧放電（電壓20～25伏，電流100～140安培，頻率60赫茲）制造出了屬性類似于球形閃電的光球。這些光球的直徑有1～4厘米，呈明亮的藍白色或橙白色。

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洛克等人則提出了另外一種看法。他們認為球形閃電可以被看成毫秒頻率的脈沖電荷放電。由這個假設出發，球形閃電的形成、壽命、能量來源和運動就都可以解釋了。卡皮查根據這個理論設計的模型最廣為人知。他猜測，有強大的射頻電磁場為球形閃電的生成與持續提供能量。一些科學家根據這個假設進行了一系列微波實驗，制造出了火球。

這些理論模型雖然很有道理，但人們依然不知道自然界的球形閃電與實驗室里的人造閃電是否一樣。而西北師范大學師生的這次發現，則為土壤發生說提供了寶貴證據。

不同元素和分子在加熱時會有不同的光譜。根據光譜設備記錄的球形閃電，可以分析球形閃電的光譜，據此計算出球形閃電中有哪些元素的光譜。根據光譜分析，他們發現，球形閃電的光譜中涉及硅、鐵、鈣元素，它們恰恰是土壤中的主要元素。這些元素的光譜在球形閃電從開始到消失的全過程中一直存在。據此，他們認為球形閃電是云對地閃電擊中土壤后產生的。這一發現恰恰呼應了亞伯拉罕森和迪尼斯的理論。同時，袁萍教授在他們的論文中也承認，由于人們所目睹的球形閃電多種多樣，因此，可能有其他類型的球形閃電和形成機理，他們觀測到的并不能代表所有的球形閃電。

袁萍等人的記錄，揭開了球形閃電的神秘面紗，引起了全球媒體的廣泛關注。 他們是幸運的，這些記錄是在例行的科學考察中偶然間得到的。這是大自然給他們的機遇，也是對他們長期在青藏高原雷暴多發地區進行科學考察的回饋。在未來，科學家可以據此對球形閃電的生成理論有更多思考，同時完善在實驗室中重現自然界球形閃電的理論。endprint