球形闪电之谜
作者 : 未知

  多少个世纪以来,关于球形闪电的奇闻层出不穷。据调查,在150个人当中,至少就有1人自称亲眼见过球形闪电。绝大多数见过的人都把它描述成一个球形的发光体,大小从网球到气球不等;一般在雷暴天气出现;会滚动、弹跳、漂浮;运动时发出嘶嘶的声音;能把玻璃熔化,把所过之处的一切化为灰烬;存在时间极短,消失得很快;消失时,在有些情况下会伴随着小小的爆炸……
  尽管从报道来看,球形闪电并非总是那么吓人,但不可否认,历史上也确实有人被它击死过。最著名的一例是一位名叫乔治・里奇曼的德国物理学家。此人是与富兰克林同时代的一位电学研究的先驱。1753年,他在圣彼得堡做避雷针实验时,不幸被一个球形闪电击死。
  球形闪电如此诡异,并且又很难研究。它在何时何地出现是完全不确定的,即使出现,持续时间也只有短短数秒。很多时候,没等你拿出相机,它就消失了。由于缺乏细致的观察,所以关于其成因的解释也五花八门。有的说是带电的陨石,有的干脆认为是由雷暴天气磁场异常诱发的人的幻觉。
  ■ 光谱仪在野外捕捉到球形闪电
  2012年,我国西北师范大学的两位研究人员带着相机和光谱仪,正在青海的高原上观察一次雷暴。纯粹出于巧合,他们用光谱仪记录下了一次球形闪电事件。当时,一个霹雳击中了地面,闪电过后,从离他们900米远处的地上升起一个直径大约5米的球形闪电。球形闪电在空中移动了15米,1.64秒后消失。在这段时间,球形闪电平均移速是8.6 米/秒。这是科学家首次利用光谱仪在自然界中捕捉到球形闪电的身影。
  2014年,他们公布了那次观测的结果。光谱分析表明,球形闪电中所含的元素成分跟土壤中的元素基本一致,主要是硅、铁和钙。这个发现强烈支持了由新西兰物理学家约翰・阿伯翰生提出的一个关于球形闪电形成的理论。
  2000年,阿伯翰生提出猜想:当闪电击中地面时,突如其来的巨大热量使得土壤的主要成分二氧化硅迅速汽化,冲击波进一步把蒸气吹到空中。如果土壤中恰好又含有碳――这种情况其实很常见,枯枝败叶在土壤中比比皆是――那么,由于碳比硅更活泼,它就从二氧化硅中抢走氧元素,形成二氧化碳,剩下纯净的硅蒸气。但是大气中并不缺少氧元素,所以这团高温的硅蒸气在空中又迅速被氧化,生成二氧化硅,并释放出大量的热。这个过程可让这团球形的蒸气在极短的时间内发出炽热的光芒,此即球形闪电。
  ■ 在实验室制造球形闪电
  其实,早在这次意外收获之前,这个关于球形闪电成因的理论已获得实验的支持。2007年,一位巴西科学家根据该理论,用高压电极电击硅芯片,在实验室制造出了球形闪电。跟自然界中的球形闪电同一个道理,电击让硅汽化,形成了硅蒸气。硅蒸气在空气中又迅速氧化,这过程释放出大量的热。
  实验室制造出的球形闪电大约有高尔夫球般大,看起来像毛绒绒的球,发着光,滚动着,电光四射。它们在实验室的地板上滚来滚去,有时候会弹跳起来,所有可燃物质跟它们接触,都会被焚烧殆尽。实验室球形闪电大多数寿命只有2秒~5秒,没有自然界的球形闪电长命。
  根据阿伯翰生的理论,除了硅,还有很多其他物质也可以形成球形闪电,包括铝、铁等金属。因为这些金属在氧化时,也会放出大量的热。据过去的报道,一些球形闪电出现在飞机周围,这或许就跟飞机外壳是铝合金做的有关。推而广之,当闪电击中用电设施、金属圆柱或屋顶的一些材料时,都可能制造出球形闪电。有时候,甚至不需要雷暴诱发,地震释放出的热量,都可能诱发球形闪电。
  这样,这个关于球形闪电成因的理论,至此不论在野外观察还是室内实验中,都得到了印证。