高空中巨大的“紅色精靈”

梅林

你是否知道，當滾滾雷雨云席卷天空之時，可能會看到遠處的高空中如神跡般的自然奇觀：幾束巨大的紅色“閃電群”陡然出現，又轉瞬即逝。以前只有足夠幸運的人才能看到這種奇幻景觀，現代攝影技術的發展，讓更多的人通過影像資料，得以看到這一令人震撼的天氣現象。

這壯麗的瞬態發光現象（TLE），有一個活潑的名字——“紅色精靈”（Red sprites）。其每一次發生時的大小和形狀迥異，有像柱狀流星一樣劃過天空，也有像深海巨怪觸手條條伸展。但無論是什么形狀，都比普通閃電看起來更大，通常，它會在高空中跨越50到90公里。

雖然它非常大，但持續時間卻比普通閃電短，以至于很長一段時間，都被認為是人類的幻覺。從 1886年開始，便有零星的飛行員目擊者報告：在高空飛行中觀察到了奇異的紅色閃光。但從一戰到之后的幾十年間，這類報告都被認為是飛行員的恐懼造成的幻覺。為什么科學家也會犯這樣的錯誤？因為在當時，學界普遍認為強烈的大氣放電活動只會發生在對流層——大氣層中最靠近地面的一層，他們認為，再往上走，平流層和中間層中產生的電都是平靜的。

1925年，諾貝爾獎得主、蘇格蘭物理學家查爾斯·威爾遜提出：在大面積雷暴的氣象條件下，高層大氣中可能也會發生放電現象。這一觀點打破了之前的觀念，但在當時，“紅色精靈”這一現象還從未被人類的影像記錄下來。

直到1989年，美國明尼蘇達大學在準備一次火箭發射，其中有項工作便是要測試微光攝像機。測試無意間拍到了兩條明亮的光柱，這成為“紅色精靈”的第一張照片，極大地激發了學界的研究興趣。在隨后的幾年中，研究者根據它“發紅光”和“捉摸不定”這兩大特點，將其命名為“紅色精靈”。

1994年，美國阿拉斯加大學的研究人員利用萬米高空中的飛機，通過高速微光攝像機和圖像增強器，首次在雷雨云上方獲得了“紅色精靈”的彩色圖像：一個巨大的發光空間占用了超過1萬立方公里的大氣！從圖像上可以看到，這巨大的紅色精靈主要分成三部分：最上方的光暈分布在88到95公里的高空中，中間部分的紅色發光體分布在66到74公里，下方的卷須分布在40到60公里，而且這片閃光并不似肉眼可見的通體為紅色，其上部是紅色，向下轉為紫色，最后卻變成了藍色。

伴隨著影像材料的增多，學界已經對“紅色精靈”多有研究。它歸屬于高層大氣放電現象的一種，常出現于雷雨云頂層，這里距離地面約30到90公里，屬于大氣的中高層。它多于雷暴雨這樣的極端天氣中被看見，是因為雷擊產生的電磁波向上擴展撞擊電離層，是它出現的先決條件。

但雷暴雨天，并不一定出現“紅色精靈”。因為當高空中的雷雨云向地面放電時，會形成三種現象：云間閃電、云內閃電和地閃。其中地閃是云與大地間的放電現象，也是產生雷電災害的主要原因。地閃又分正負，只有當正地閃以每秒1萬公里的速度墜落時才會產生“紅色精靈”，概率只占所有地閃的十分之一。除了發生概率小，“紅色精靈”的持續時間也很短。它是一種巨大卻微弱的正極性流光，相當于中等亮度的極光，它持續的時間最“長”也不過幾十至上百毫秒，一眨眼的工夫便消失在天際。

以前，因發生概率小、隨機性強，“紅色精靈”的記錄成像非常有難度。火焰狀紅光的高空，或是如霹靂閃過的紅色閃電圖格外罕見。近年來，隨著科學技術的發展，人們從地面觀測站、飛機、空間站上已經獲得了成千上萬幅“紅色精靈”的圖像。在雷暴活動產生的白色閃光下，“紅色精靈”的成像已經非常清晰。漸漸地，人們發現，高空大氣中的放電現象不僅“紅色閃電”這一種，還有藍色噴流、巨型噴流、圓環狀放電等。古往今來，因這些超乎想象的自然奇觀，在人類世界誕生了無數傳說。它們吸引著人類在科學領域的不懈探索，去探究宇宙中無窮無盡的秘密。

（編輯 陳珂玲）