閃電創造奇跡

李忠東

美國雙子星天文臺拍下了“紅色精靈”和“藍色噴流”兩種閃電對接交織的情景。

在云層上方“跳舞”

2021年5月9日凌晨時分，我國貴陽市的上空出現了罕見的閃電——“紅色精靈”。它們像絢麗的紅色煙花，跳動著，盛放在高空中，雖然并不是很明亮，卻讓人感覺到十分壯觀。“紅色精靈”是地球大氣層頂端的一種高空放電現象，通常出現在雷雨云的上方，人們只有

在離開雷雨天氣幾十千米外的地方，且觀測條件十分良好的情況下才能見到。它們的存在非常短暫，一般不會超過0.1秒，最快的甚至只有幾毫秒，而且發出的光很暗淡。

“紅色精靈”像絢麗的紅色煙花盛放在貴陽高空中。

普通閃電是由于帶電的云層之間，以及帶電云層和地面建筑物或樹木之間，因為電壓或者電荷不同發生的電流釋放現象，在電流經過的地方，空氣被瞬間電離，同時釋放出很大的能量，于是就出現了明亮的閃電。如果有建筑物或者樹木等導電性不強的物體處于電流經過的地方，那么它們就有可能被電流擊壞，產生雷擊的現象。

“紅色精靈”的形成機制與普通閃電完全不同，目前人們尚不明確，一般認為是雷暴云團和位于其上方的高層大氣產生了電壓和電荷上的差別。也有看法認為，“紅色精靈”是雷雨云中的電流在向上激發的時候，與進入大氣層中的一些等離子氣體發生電磁反應而出現的。

“紅色精靈”的上半部分呈紅色，底部則漸變為藍色，通常呈樹根或者水母狀，下端有很多垂下的飄帶一樣的絲線狀物，寬度約在5到10千米內。由于其如鬼魅一般難以捉摸，因此被科學家稱為“紅色精靈”。1989年7月6日，這種令人難以置信的閃爍光首次被美國明尼蘇達大學的科學家拍攝下來，其后，世界各地都報告了觀察到的記錄。2001年，我國的福建省曾出現過“紅色精靈”。同年，在阿里山氣象觀測站，臺灣成功大學物理系副教授蘇宗汗及軟件工程師章展誥，用高感光度的黑白CCD攝影機成功拍攝到10多個有關“紅色精靈”的高清影像。

除了“紅色精靈”外，還有一種更為罕見的閃電——“藍色噴流”。它猶如一個超級大的藍色噴射器向上發射，幾乎延伸到大氣層的邊緣地帶。這種閃電從積雨云頂部一直延伸到電離層，速度要比云對地的普通閃電快40多倍，而且表面溫度極高。關于“藍色噴流”的來源，科學界一直意見不一。歐洲航天局的宇航員安德烈亞斯·摩根森專門負責使用國際空間站的一臺超高靈敏度相機拍攝活躍的雷暴情況，以便于科學家研究。國際空間站的軌道高度僅有397千米，可以時時刻刻清晰地觀察到地面的變化，拍攝的影像是了解這種多彩閃電的最佳資料。2015年，安德烈亞斯·摩根森在空間站經過孟加拉灣的時候拍攝到一段奇特的“藍色噴流”在云層上方跳舞的視頻。

“藍色噴流”是一種呈細錐形、尖峰向上的放電噴射流，從積雨云的頂端一直延伸到距離地面40～50千米的電離層。與“紅色精靈”不同，它們并非直接由閃電引起，但似乎與雷暴中的強冰雹現象有關。“藍色噴流”比“紅色精靈”更亮，其藍色可能來自氮氣分子的發射光譜。1989年10月21日，它由一架經過澳大利亞上空的航天飛機初次觀測到。截至2007年，國際學術界只有不到100張關于“藍色噴流”的照片，其中的絕大多數都是在1994年由阿拉斯加大學的研究團隊對“藍色噴流”的一次觀測中拍攝到的。

通常，人們在地面上觀測到的閃電都是從云層傳輸至地面的，而“藍色噴流”的傳輸方向正好相反，讓許多人誤以為是外星人入侵或者地球在向深空傳遞信號，實際上這是一種自然現象。丹麥國家空間研究所的科學家，研究了安德烈亞斯·摩根森在國際空間站上拍攝到的視頻中那些難以捉摸的特征。他們在研究報告中稱，在160秒的視頻片段中，被觀察到的“藍色噴流”放電有245次，相當于每分鐘大約有90次藍光閃爍。巨大的“藍色噴流”長度約為18千米，而在視頻中的某個時刻，該閃電的長度達到了40千米。與此同時，研究人員還發現了“紅色精靈”存在的證據。

通常情況下，“紅色精靈”和“藍色噴流”不會一起出現，絕大多數時候只有其中的一種。相較而言，“紅色精靈”出現的次數會多一些。“藍色噴流”大多只能在空間站中才能觀測到。不過，據外媒《商業內幕》報道，不久前，位于夏威夷的美國雙子星天文臺在莫納克亞火山附近捕獲到了“紅色精靈”和“藍色噴流”對接交織在一起“親吻”的景象，這是迄今人類拍攝到的屈指可數的兩種罕見閃電同時出現的場景。

“紅色精靈”像絢麗的紅色煙花盛放在貴陽高空中。

“紅色精靈”上半部分呈紅色，底部漸變為藍色，通常呈樹根或者水母狀，下端有很多垂下的飄帶一樣的絲線狀物。

宇航員安德烈亞斯·摩根森在國際空間站拍攝到一段奇特的“藍色噴流”在云層上方跳舞的視頻。

助力地球生命誕生

多個世紀以來，尋找地球生命起源一直是科學家孜孜不倦研究的科學謎題。迄今比較一致的看法認為，地球早期經天體撞擊收獲了大量的外太空礦物質，主要是隕石。大部分地球上的活性磷都儲藏在不可溶的礦物中，這意味著生命的出現與地外天體的撞擊有關。

不過，美國耶魯大學的一項最新研究認為，在地球生命誕生的過程中，閃電發揮的作用同樣重要，所產生的閃電熔巖含有大量活性磷的隕磷鐵石，其中的磷可以形成有機分子，促成地球上生命的出現。2021年3月16日，英國《自然·通訊》雜志刊載了有關這項研究的論文。作者本杰明·赫斯認為，地球生命的出現依賴于必需元素的精準調和，其中一個元素是“生物可利用磷”（或稱“活性磷”），這是DNA、RNA和細胞膜脂質的一個關鍵成分。研究首次證明，閃電很可能是生命形成時期地球上活性磷的一個重要來源。如果大氣條件有利于閃電的產生，那么生命形成所必需的元素就可以被輸送到行星表面。

這一發現源于一塊閃電熔巖樣本，它是閃電擊向地表時在瞬間高溫作用下生成的一種類似玻璃的巖石，極為罕見。本杰明·赫斯在英國利茲大學就讀本科時，曾經與導師研究過這塊原始閃電熔巖樣品。他們本來是想探明這塊巖石是如何形成的，卻意外發現該巖石樣本含有大量名為schreibersite的罕見隕磷鐵石。

在地球形成早期，天體撞擊地球時把磷帶到地球上。許多人猜測地球生命起源于地表淺水域，多數模擬生命起源的模型都是基于可攜帶少量隕磷鐵石的隕石這個假設的。但是本杰明·赫斯所在的研究團隊提出，磷元素大量存在于難溶于水的礦物里，與生命起源的關系相距甚遠。而隕磷鐵石卻是個例外，可溶于水。地球早期閃電頻襲，這意味著地表生命起源所需的磷不僅僅來自天體撞擊。閃電可以使物體表面溫度升至近2760℃，從而形成以前不存在的新礦物質，在地球上制造出閃電熔巖。他們利用一系列分光技術，檢測到被閃電擊中的部分富含黏土的土壤形成的玻璃狀礦物中含有隕磷鐵石。

在掌握了閃電可以制造富含磷的隕磷鐵石的初步證據后，研究人員接下來要計算落在早期地球上的閃電是否多到足以讓大量磷元素被釋放到環境中。他們模擬地球早期大氣條件，指出45億年前月球形成以后天體撞擊地球的次數開始減少，但閃電頻發。為了估算地球在生命誕生之初的關鍵時期里發生了多少次閃電，研究團隊還進行了計算機建模。他們發現，每年地球可能會發生10億到50億次這樣的閃電，而其中會有1億到10億次擊中地面。每年單是閃電就能使地球獲得110～11000千克的閃電熔巖。在有水的情況下，閃電熔巖可能會釋放出能夠參與化學反應的磷。依據研究人員估算，大約35億年前，因閃電生成的可溶于水的磷元素數量超過來自隕石的磷，而那段時間地球上恰恰出現了迄今已知的最早生命。

本杰明·赫斯的這項研究，并不否認隕石是地球上磷元素的一個來源，但與隕石影響隨時間流逝呈指數級下降不同，閃電可以在行星歷史中長期存在，向其他類地行星提供生命起源所需的磷元素。

本杰明·赫斯與導師研究過的一塊閃電熔巖樣本