球形閃電之謎

林之森

多少個世紀以來，關于球形閃電的奇聞層出不窮。據調查，在150個人當中，至少就有1人自稱親眼見過球形閃電。絕大多數見過的人都把它描述成一個球形的發光體，大小從網球到氣球不等；一般在雷暴天氣出現；會滾動、彈跳、漂浮；運動時發出嘶嘶的聲音；能把玻璃熔化，把所過之處的一切化為灰燼；存在時間極短，消失得很快；消失時，在有些情況下會伴隨著小小的爆炸……

盡管從報道來看，球形閃電并非總是那么嚇人，但不可否認，歷史上也確實有人被它擊死過。最著名的一例是一位名叫喬治·里奇曼的德國物理學家。此人是與富蘭克林同時代的一位電學研究的先驅。1753年，他在圣彼得堡做避雷針實驗時，不幸被一個球形閃電擊死。

球形閃電如此詭異，并且又很難研究。它在何時何地出現是完全不確定的，即使出現，持續時間也只有短短數秒。很多時候，沒等你拿出相機，它就消失了。由于缺乏細致的觀察，所以關于其成因的解釋也五花八門。有的說是帶電的隕石，有的干脆認為是由雷暴天氣磁場異常誘發的人的幻覺。

■ 光譜儀在野外捕捉到球形閃電

2012年，我國西北師范大學的兩位研究人員帶著相機和光譜儀，正在青海的高原上觀察一次雷暴。純粹出于巧合，他們用光譜儀記錄下了一次球形閃電事件。當時，一個霹靂擊中了地面，閃電過后，從離他們900米遠處的地上升起一個直徑大約5米的球形閃電。球形閃電在空中移動了15米，1.64秒后消失。在這段時間，球形閃電平均移速是8.6 米/秒。這是科學家首次利用光譜儀在自然界中捕捉到球形閃電的身影。

2014年，他們公布了那次觀測的結果。光譜分析表明，球形閃電中所含的元素成分跟土壤中的元素基本一致，主要是硅、鐵和鈣。這個發現強烈支持了由新西蘭物理學家約翰·阿伯翰生提出的一個關于球形閃電形成的理論。

2000年，阿伯翰生提出猜想：當閃電擊中地面時，突如其來的巨大熱量使得土壤的主要成分二氧化硅迅速汽化，沖擊波進一步把蒸氣吹到空中。如果土壤中恰好又含有碳——這種情況其實很常見，枯枝敗葉在土壤中比比皆是——那么，由于碳比硅更活潑，它就從二氧化硅中搶走氧元素，形成二氧化碳，剩下純凈的硅蒸氣。但是大氣中并不缺少氧元素，所以這團高溫的硅蒸氣在空中又迅速被氧化，生成二氧化硅，并釋放出大量的熱。這個過程可讓這團球形的蒸氣在極短的時間內發出熾熱的光芒，此即球形閃電。

■ 在實驗室制造球形閃電

其實，早在這次意外收獲之前，這個關于球形閃電成因的理論已獲得實驗的支持。2007年，一位巴西科學家根據該理論，用高壓電極電擊硅芯片，在實驗室制造出了球形閃電。跟自然界中的球形閃電同一個道理，電擊讓硅汽化，形成了硅蒸氣。硅蒸氣在空氣中又迅速氧化，這過程釋放出大量的熱。

實驗室制造出的球形閃電大約有高爾夫球般大，看起來像毛絨絨的球，發著光，滾動著，電光四射。它們在實驗室的地板上滾來滾去，有時候會彈跳起來，所有可燃物質跟它們接觸，都會被焚燒殆盡。實驗室球形閃電大多數壽命只有2秒～5秒，沒有自然界的球形閃電長命。

根據阿伯翰生的理論，除了硅，還有很多其他物質也可以形成球形閃電，包括鋁、鐵等金屬。因為這些金屬在氧化時，也會放出大量的熱。據過去的報道，一些球形閃電出現在飛機周圍，這或許就跟飛機外殼是鋁合金做的有關。推而廣之，當閃電擊中用電設施、金屬圓柱或屋頂的一些材料時，都可能制造出球形閃電。有時候，甚至不需要雷暴誘發，地震釋放出的熱量，都可能誘發球形閃電。

這樣，這個關于球形閃電成因的理論，至此不論在野外觀察還是室內實驗中，都得到了印證。endprint