政策资讯协会

球状闪电究竟是什么?中国科学家提出新见解

来源:cosmoscape    发布时间:2019-04-18 07:07:38

它们真的是“宏原子”吗?


Storm Wolf / Flickr


只要条件合适,我们周围大气中会出现小型球状发光体。这些难以理解的发光体在夜间犹为显眼,它们无疑会在人们心目中产生极强的神秘感。局部大气的发光现象有多种叫法,比如所谓的鬼火,以及球状闪电。它们有的悬停在墓地上空,有的在河畔逡巡,有的是地震征兆,有的出现在飞机上。即使是今天,我们也不是很清楚它们的成因和原理。但科学家并没有放弃对它们进行研究。最近,中国科学家武慧春在英国《科学通讯》杂志上对这一现象作了一番让人信服的新解。


我们见到的部分火球其实是生物有机体的产物。在沼泽、湿地,甚至大型墓地中,有机物的腐败会产生甲烷和含磷气体——如磷化氢,这些物质在接触到大气中的氧后会发生自燃,在半空中形成忽明忽暗的光点。部分火球是放电造成的。地震发生时,受到应力作用的岩石会向地表释放出电流,电流在与空气发生作用后,便会出现闪光。而有一些球状发光现象出现在大气中,它们通常发生在雷雨时,因此得名“球状闪电”。


球状闪电色彩各异,大小也都不一样——小的像弹珠,大的像健身球。它们有的出现在封闭的空间中,有的会沿着烟囱进入室内,有的会直接穿过关闭的窗户。除了发光,球状闪电还会溅出火花,产生吱吱声,散发难闻的臭气。它们持续的时间通常只有几秒,亮度和家用灯泡差不多。难以预测的特性,和各种各样的成因,导致人们无法对其作出一个结论性解释。但是与之相关的各种离奇故事已经流传了几个世纪。



大火球:1901年一幅描绘球状闪电的版画。维基共享资源


1963年春,天文学家Roger Jennison乘坐的夜航班正在穿越一团雷雨云,飞机被闪电击中,随后他就目睹了一个火球的出现。这个火球如篮球般大,它“从驾驶舱出现,并顺着过道一闪而过,”他说,“它的高度一直没变,因此整个过程都能够被看到。”英国的一位女子,也曾和媒体说,她在家中时,“在没有任何预兆的情况下,一个柚子般大、边缘并不是很清晰的橙红色火球,从前窗飘了进来,它竟能穿过关闭的窗户和百叶窗,在齐肩高的位置上水平飘移了大约10秒钟,随后头顶便响起了一声炸雷。”


球状闪电这种能够穿窗入室,且能出现在飞机内的特性,注定了对它观测是一件非常困难的事。对球状闪电成因的解释,甚至比其本身的物理特性更为繁多。有人说它是一团炽热的硅粒子云,有人说它是一个自然生成的核聚变反应堆,有人说它只不过是一种幻觉,有人说它是一个迷你黑洞,有人说它是一堆高分子聚合物,还有人说它是一个等离子微波泡。


假如这个泡被弄破,那么微波便会泄漏,整个球体就会炸裂。


中国杭州浙江大学的科学家武慧春,把注意力放在了微波泡上。大部分专注于这个方向的科研人员认为,这些微波泡是从雷雨云或大气激波释放出的微波辐射中形成的,但武教授认为这些微波,是闪电产生时,被加速到近光速的电子束击中地面时产生的。在强大电场的作用下,被加速的电子会形成一个电子通道,从云端逐步向地面移动,形成我们通常认为的闪电。“闪电前端一旦击中地面,”武教授说,“就会产生一个相对论电子束,激发出强烈的微波辐射。”


通过在周围空气里积蓄电荷,大气微波能够制造出等离子体。辐射则会在等离子体内部产生足够的向外压力,使之形成一个泡,这个泡就是我们所见的球状闪电。球状闪电内部是被困在其中的微波,它们在继续制造等离子体,进而维持了球状闪电短暂的存在周期。被困在泡中的辐射一旦消散,球状闪电就会消失。假如这个泡被弄破,那么微波便会泄漏,整个球体就会炸裂。


微波等离子泡说能够解释球状闪电的许多特点。比如微波能够穿越玻璃,因此窗户无法阻止球状闪电进入室内;微波能够产生人耳可以听见的噪声;等离子体也能把大气中的氧转化成味道难闻的臭氧等气体。


武教授理论的出众之处在于,它能够解释飞机上的球状闪电。电子和原子相比更为微小,它在飞机外部被闪电加速后,能够穿透飞机的金属外壳,进入机内的电子随后便会释放出微波,进而产生球状闪电。电子-微波-等离子体这样的形成过程,能够解释球状闪电的尺寸之谜,被闪电加速后的电子束长度,通常能够产生直径约20-50厘米的微波泡。


按照科学中的惯例,武教授的理论要得以确立,还需要做更多的工作。这一理论是基于粒子模拟提出的,因此需要实验进行验证。包括需要对雷击产生球状闪电的方式进行验证,以及寻找高速电子和微波的存在。


假如这个理论成立,武教授说,那么它对研究雷雨产生的高能电子和微波辐射,会对靠近这些区域的人身造成什么样的威胁具有重要意义。


下面是一段摄于美国南达科他州苏福尔斯的视频。视频的拍摄者在拍摄雷雨云时,拍到了一个从天而降的疑似球状闪电(大约第36秒时)。“哇哦!”他说。这时一个女子回应道,“我知道那是什么!是吧?!”



Chris Drudge 文 / 老孙

协会简介

  政策资讯协会是由民间人士依据相关法律自发组织成立的一个公益性组织,协会提供各个地区的相关政策及政府动态。

组织机构

待定

协会宗旨

  协会致力于向各地民众提供当地政府出台的相关政策,使得民众更加关心国家政策。