土里生出的球形闪电

宋丽丽

谜一样的球形闪电一直是科幻小说的主角，也是众多UFO爱好者重点关注的对象。然而，由于稍纵即逝、神出鬼没，几个世纪以来，球形闪电一直都只有传说而难见真容。科学界甚至认为球形闪电是子虚乌有的现象，直到几十年前才承认它的存在。我们关于球形闪电的认识也大部分局限于一些偶然的、肉眼观测的报告。

2012年7月23日夜间，同往常一样，西北师范大学教授袁萍和她的博士生在青海省的高原上用摄像仪监测一场雷暴。突然间，伴随着轰鸣的雷声，天空中一道极强的闪电打到地上，亮光引发一个光球。立刻，他们意识到，这就是极为罕见的球形闪电。袁教授和她的博士生不仅目睹而且用仪器捕捉到了这一瞬间。

球形闪电通常在雷暴天气下发生，要么是击中地面的云对地闪电过后立即发生，要么是伴随在闪电附近，一般10秒之内就会消失，个别可长达几分钟。球形闪电的颜色可以是白色、黄色、红色、橙色、紫色或者绿色。在早期的目击报告中，球形闪电有时会爆炸并引起致命后果。

西北师范大学师生的观测是在一个云对地闪电多发的山区进行的，观测点海拔2530米，距离球形闪电约900米。他们随身携带的数码摄像仪记录了球形闪电从产生到消失的全过程，拍下了82张球形闪电的静态彩色图片，并做了光谱分析。而另一个高速摄像机则拍下了2360张静态黑白图片，主要是球形闪电后期的图片。这是人类第一次获得如此详细的球形闪电资料。这些珍贵的影像资料，为研究者分析球形闪电的光谱及构成元素提供了极大帮助。

他们观测到，随着一道闪电击中地面，产生了一个光球。光球最初是紫白色，80毫秒后变成了橙色，160毫秒至1100毫秒之间一直呈现白色，在消失阶段变成了红色。光球的演化过程分为3个阶段，在开始阶段直径会有短暂的变化，接着，直径稳定为约5米，持续了一段时间后消失。总的来说，颜色、大小、光的强度在整个过程中变化并不是太大。光球从地面升起后，以每秒 8.6米的速度平行移动了大概14米，然后消失。整个过程只持续了1.64秒，但已经足够研究者分析球形闪电的光谱。

这一发现被发表在2014年1月出版的 《物理学评论快报》上，文章提供了球形闪电真实存在的科学证据，并分析了球形闪电的成因及演化过程。

关于球形闪电的成因，一直众说纷纭。2000年，詹姆斯·迪尼斯和约翰·亚伯拉罕森提出了一个理论。他们认为，球形闪电很可能是普通闪电击中地面后释放出能量，从而使土壤中的二氧化硅蒸发，并被土壤里的碳元素还原成高能的硅原子造成的。这些高能原子生成硅纳米颗粒，飘浮在空中形成球状区域，被空气氧化而发光发热，从而形成球形闪电。

2007年，根据这个理论，派瓦等人通过在纯硅中进行电弧放电（电压20～25伏，电流100～140安培，频率60赫兹）制造出了属性类似于球形闪电的光球。这些光球的直径有1～4厘米，呈明亮的蓝白色或橙白色。

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洛克等人则提出了另外一种看法。他们认为球形闪电可以被看成毫秒频率的脉冲电荷放电。由这个假设出发，球形闪电的形成、寿命、能量来源和运动就都可以解释了。卡皮查根据这个理论设计的模型最广为人知。他猜测，有强大的射频电磁场为球形闪电的生成与持续提供能量。一些科学家根据这个假设进行了一系列微波实验，制造出了火球。

这些理论模型虽然很有道理，但人们依然不知道自然界的球形闪电与实验室里的人造闪电是否一样。而西北师范大学师生的这次发现，则为土壤发生说提供了宝贵证据。

不同元素和分子在加热时会有不同的光谱。根据光谱设备记录的球形闪电，可以分析球形闪电的光谱，据此计算出球形闪电中有哪些元素的光谱。根据光谱分析，他们发现，球形闪电的光谱中涉及硅、铁、钙元素，它们恰恰是土壤中的主要元素。这些元素的光谱在球形闪电从开始到消失的全过程中一直存在。据此，他们认为球形闪电是云对地闪电击中土壤后产生的。这一发现恰恰呼应了亚伯拉罕森和迪尼斯的理论。同时，袁萍教授在他们的论文中也承认，由于人们所目睹的球形闪电多种多样，因此，可能有其他类型的球形闪电和形成机理，他们观测到的并不能代表所有的球形闪电。

袁萍等人的记录，揭开了球形闪电的神秘面纱，引起了全球媒体的广泛关注。 他们是幸运的，这些记录是在例行的科学考察中偶然间得到的。这是大自然给他们的机遇，也是对他们长期在青藏高原雷暴多发地区进行科学考察的回馈。在未来，科学家可以据此对球形闪电的生成理论有更多思考，同时完善在实验室中重现自然界球形闪电的理论。endprint