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球状闪电之谜 真的有闪电是球形吗

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发表于 2015-12-23 00:57:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
“忽从鲍顶看光芒,难解火球发空花。”它是自然界中的一种奇异现象:“球状闪电”。有时,它能穿过玻璃窗而元任何损坏的痕迹;有时,它又会把玻璃打碎;有时,它可以飘进建筑物内;有时。它还会进入飞机舱内;有时,它可以在导线上滑动。遇人遏物后即发生爆裂,造成伤亡、火灾等事故……尽管人类在近半个多世纪中记录到了4000多次球状闪电现象,却几乎没有掌握它的任何可靠数据。
2006年5月25日凌晨2时许,北京朝阳区十八里店村一家制作茶几的木料加工厂遭到一场特殊的雷击,一排20间的木料房全部烧毁。作为这场事故的目击’者,一名木工讲述了当时的情景。他回忆到,一团火球似的亮光从西向东飘到了木料房的最东侧,随后就听到一声惊雷的巨响,木料房就这样被点燃了。通常,在雷电交加的暴风雨之夜,我们看到的闪电都是直线形的,更准确地说,是带有分叉的“树枝”形状,我们叫它“枝状闪电”。然而在某些情况下,也会出现球形的闪电,也就是气象学家所说的“球状闪电”。它的出现有时是一场虚惊,但有时却在瞬间制造灾难。

难以捉摸的球状闪电


关于球形闪电这种奇特的自然现象,我国古代就有过记载。北宋著名科学家沈括(1031-1095年)在《梦溪笔谈》中,记述了一次球形闪电的实况,描述了暴雷运行的过程。球形闪电自天空进入“堂之西室”后,又从窗间檐下而出,雷鸣电闪过后,房屋安然无恙,只是墙壁窗纸被熏黑了。令人惊奇的是屋内木架子以及架内的器皿杂物(包括易燃的漆器)都未被电火烧毁,相反,镶嵌在漆器上的银饰却被电火熔化,其汁流到地上,钢质极坚硬的宝刀竟熔化成汁水。令人费解的是,用竹木、皮革制作的刀鞘却完好无损。上述奇异现象,令沈括及历代科学家们无法做出准确解释,成为历史上的一个悬案。

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人们对球状闪电的探索仅有250多年的历史,目前能够找到的最早一份记录是科学家里奇曼在1953年试图重复富兰克林的风筝实验时的不幸遇难。当时,一个拳头般大的淡蓝色火球离开他实验室的避雷针,无声无息地飘浮到他的脸上,接着发生了一声爆炸——这位科学家便倒下了!在他的前额上留下了一个红斑,在他的一只鞋底上打穿了两个洞眼,这可能是有史以来第一个因为球状闪电而献出宝贵生命的科学家。几百年来,人们一直在努力追踪它们的踪迹,试图测量其物理性质。19世纪一些最优秀的物理学家都对球状闪电进行过细致的研究,包括法国。的弗朗西斯·阿拉贡、英国的迈克尔·法拉第、美国的尼古拉·特斯拉以及诺贝尔物理学奖得主、俄国著名物理学家卡皮扎。但遗憾的是,进展始终不大。人们关于球状闪电的知识仍然十分匮乏。这不难理解:因为它神出鬼没,没人能预测出它会在何时何地出现,它可不会老老实实地跑进摆满测量仪器的实验室里去。科学家们能做的只是收集来自世界各地目击者的观测报告,从中归纳出一些普遍特点——球状闪电,也叫等离子体火球,俗称滚地雷(以下简称火球),多发生在雷雨天的枝状闪电之后或地震前后,晴天里也时有出现。根据大量的火球观测资料,火球的一般性质可概括如下:

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●形状:火球的形状多为球形,也有椭球形、梨形、纺锤形、带形、盾形、栓形及螺旋形等。
●直径:火球的直径一般为几厘米到几十厘米,但也有小于1厘米和大到几米的。
●颜色:两种最常见的颜色是白色和橘黄色,其他较常见的颜色有红色、黄色、绿色、蓝色以及紫色等。银色和黑色很少见。
●速度:可从静止到难以想象的高速(每小时2万多千米,但这种情况不是在雷暴中),一般速度约为每秒5米,即每小时18千米。
●声音:极少情况下会产生噼哩啪啦或咝咝的声音。
●结构:似乎是某种等离子体或云雾状物质,有的球状闪电中心是透明的,有的是中空的,或根本没有明显的固定结构,有些球状闪电似乎处在动态的变化中。
●气味:目击者说有烧焦或硫磺的气味,还有说有时有氨水或臭氧的气味。
●亮度:球状闪电一般都像路灯一样亮。它们有时白天即可见到,但人们通常是夜间见到它们照亮了大地。
●温度:火球有冷热之分。有些火球当人靠近它时不觉得热,而有的火球则有高热辐射,甚至引起火灾。
●寿命:火球的寿命一般为几秒,个别的可长达几分钟,而普通枝状闪电的寿命不到1秒。

●运动轨迹:球状闪电往往沿“之”字形的路线行走,灵巧地躲避各种障碍物,有的掉在地上还能像皮球一样反弹起来。实际上,火球有飘动和转动两种运动形式。在天空中首先看到的是那些直接向下降落的火球,其中有些在接近地面时突然改变方向,再沿水平方向移动;在地面附近的多数火球的运动轨迹是弯曲的;有些火球在短时间内能静止不动地悬在空中,然后又突然离去。

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●出现地点:可以是街道、烟囱、室内,甚至飞机座舱里!如1984年,一架客机正在前苏联上空正常飞行,突然一个不速之客——球状闪电出现在机舱里,它掠过乘客的头顶,飞到机尾,突然分裂成两团半月形的闪电消失了,只在机舱壁上留下了两个大洞。

●引发现象:许多火球无声无息地消失,但相当一部分火球在消失时发生爆炸,甚至损坏建筑物,造成人畜伤亡。比如1849年,几位巴黎市民目睹了一个红色的球状闪电在半空中飘浮,突然间爆炸开来,向四面八方发出刺眼的光,随即在附近一堵墙上轰开了一个炮弹大小的洞。多数火球出现时伴有强烈的电磁效应。火球能使电器设备烧毁短路,甚至造成严重的停电事故。火球喜欢沿导体运动,能使金属熔化。火球落入水中能使大量的水沸腾。

人们注意到:每当球状闪电消失以后,往往会出现浅褐色的烟雾并有一种相当强烈的清新味道。根据已知气体的性质可以判断,浅褐色的烟雾可能是二氧化氮,而有清新气味的可能是臭氧。1965年前苏联的大气物理学家德米特里耶夫的巧遇证实了这种判断。这年夏天,他到奥涅加河边度假。一天傍晚,下了一场暴雨,德米特里耶夫上站在帐篷旁观赏自然景色。一会儿,空中出现一个强大的闪电,1分多钟后,突然在他面前出现了一个淡红色的火球,火球在离地面大约1.5米的高度向他慢慢滚来,边滚边放出黄色、绿色和紫色的小火花,同时发出噗噗的声音。当火球滚到他跟前时就上升,并且在空中一动不动地停留了几秒钟,然后又向树丛滚去,转来转去,最后熄灭了。职业的本能驱使德米特里耶夫立即扑向自己的背包,从中取出烧瓶,在他手够得着的高度上,采集了球状闪电所经过之处的空气样品。然后他在实验室里对这些空气样品进行分析,结果表明样品中臭氧和二氧化氮的含量大大超过了
正常值。

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虽然科学家对球状闪电进行了大胆合理的试验,但对于这些化学变化中,是什么物质引起形成的自然现象呢?依然一筹莫展,拿不出有力的结论。


问题即是化了妆的答案


球状闪电的成因到底是什么?直到20世纪80年代后期,以1988年7月在东京召开的首届球状闪电国际学术会议为标志,对球状闪电的研究才有迅速进展。现在,日本、英国、俄罗斯和中国都有了球状闪电研究组织,世界各国收集的火球目击报告超过万例。日本、美国、荷兰、以色列和德国等国还在实验室内做出过各种球状闪电。

法国巴黎天文台的物理学家卡鲍格纳尼是研究球状闪电领域的权威。他说:“目前主要有两个理论解释它们。其一是传统理论,是由俄国物理学家卡皮扎提出的。该理论认为,球状闪电是雷雨时由普通闪电激发的。在闪电的作用下,电荷在空气中聚集在一点,产生了会发光的旋涡状高温等离子体。在其内部,高速旋转的离心力与外部的大气压达到平衡,因而能够维持较长时间的稳定性。”也就是说,球状闪电就是雷雨天气中产生的等离子体团。等离子体不同于人们熟知的圆体、液体、气体三态,是物质存在的另外一种形态。日常生活中的等离子体并不多见,但在茫茫宇宙中,以等离子体形态存在的物质却占到了物质总量的99%以上。我们赖以生存的太阳,就是一个巨大的等离子体团,其内部每时每刻都在发生剧烈的、核聚变反应——四个氢原子核融合成一个氮原子核,同时生成大量的光和热。在地球上,科学家们也在日复一日、年复一年地工作,试图在精密的仪器中重现太阳上等离子体发生的核反应,通过模拟核聚变,源源不断地获得’能量。一旦这项技术走向成熟,人类面临的能源短缺问题将有望彻底得到解决。


目前已经获得了一些可喜的进展:2006年3月,在美国桑迪亚国家实验室中,科学家们使用一台名叫Z-Machine的实验装置,生成了20亿度的等离子体——这是在地球上从未达到过的温度,甚至比太阳核心的温度还要高数十倍。在如此高的温度下,物质的形态是怎样的?具有哪些性质?这些问题甚至连打破这一记录的科学家们自己也还没完全弄清楚。2002年,两位澳大利亚物理学家约翰·亚伯拉罕森和詹姆斯·迪尼斯提出了另外一个理论,即闪电击中了地面,在高温下,地面上物质迅速地蒸发、汽化,生成了一种非常小的“微米颗粒”,其大小比一根头发丝的直径还要小几百到几千倍,在微米量级上。由于静电力的作用,这些微米颗粒相互吸附在一起,并且能够生成极细的纤维。这些纤维与空气中的氧气接触,发生氧化反应,同时生成光和热,这样就形成了球状闪电的外观。除了上面两种理论以外,还有脉泽孤立子理论。这种理论认为球状闪电是由地球大气层中的脉泽辐射引起的。脉泽辐射的原理和激光是相同的,只不过发生在微波波段,而不是可见光波段。在空气体积很大时,脉泽辐射会产生一个局部范围内的强电场,我们叫它“孤立予”,这很可能就是雷雨天人们看到的球状闪电。
然而,宇宙之谜的深邃总是远远超过人类的智慧,这些理论和模型都只能解释球状闪电的部分性质——这仍不是最终答案。

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