球閃電終於現形了

2021-01-18 中國科學院

    圖① 第一張圖片顯示,球狀閃電位於左下方,在雲對地閃電的最下端;彩色部分是雲對地閃電和球狀閃電的光譜。第二張圖片顯示,雲對地閃電消失,只剩下球狀閃電。球狀閃電持續約1.64秒,其顏色也有變化。

    圖② 0毫秒時刻,雲對地閃電產生球狀閃電,顏色為紫白色;20毫秒時刻,雲對地閃電消失,只剩下球狀閃電,顏色與0毫秒時刻大致相同;80毫秒時刻,顏色變為橙白色;約從160毫秒時刻,一直保持白色,直到1120毫秒,接近於消失階段時,顏色轉變為紅色,直至消失。

  鬼一樣的球形閃電被逮到了!新一期《物理評論快報》上,中國科學家發表對球形閃電的首個光譜分析,引起全球媒體的興趣。科技日報記者電話採訪了論文通訊作者袁萍,這位西北師範大學教授是球形閃電的目擊者。

  2012年7月23日夜裡將近10點,袁萍和她的博士研究生岑建勇、薛思敏在青海省的高原上,用光譜儀監視著一場雷暴。「那是一次非常強的閃電放電,聲音更響,像爆炸一樣。亮光打到地上,引發出一個球。」900米外的袁萍意識到,那是球形閃電。

  「看得很清楚,但一共只有1.64秒。」袁萍說,「球形閃電沒有發出聲音。」

  後來估算,放光球區(大於球狀閃電)的直徑大概為5米,水平方向移動速度約為8.6米每秒。

  「我們後來放大照片,發現它開始是亮白色,邊緣有一點紫色,紫色又變成綠色、粉色。然後,好像炭要燃盡那樣,變成紅色。最後縮小、消失了。」

  接下來,袁萍聞到一種從未在雷電現場聞到的味道。「特別怪,有點像臭氧,但不完全像。也可能是球閃過程形成的氮氧化物。」

  高速攝像儀器錄下了整個過程,它一秒鐘能夠拍攝幾千張照片。接下來,研究者用了幾個月時間分析球形閃電的光譜數據,通過不同波長的光,判斷是哪些元素在發亮。她們得到了令人興奮的發現。

  「一般的閃電主要涉及空氣裡的元素。而球形閃電裡是矽、鐵、鈣等元素。」袁萍說。

  這個發現暗示了球形閃電和土壤的親密關係。十幾年前,曾有學者提出一種理論:閃電擊中土壤,讓矽物質蒸發到空氣裡,形成一個矽顆粒球狀區域,它逐漸氧化放出能量,發光發熱,就是球狀閃電。曾有科學家用電弧熔化矽,在實驗室裡製造出了火球。

  中國科學家的發現,一定程度上支持了「土壤發生說」。而根據獲得的數據分析,袁萍猜測這個火球應該涉及到一些電活動,而不只是簡單的氧化。

  《物理評論快報》的文章發表後,袁萍收到了世界各地的採訪郵件。因為這是世界上第一次對球形閃電的科學分析。《物理評論快報》將之作為主編推薦文章,還附上了一篇專門的評論。

  「已有各種研究項目拍攝自然的和人工引發的雷電,但據我所知,還沒有拍到過球形閃電的。」美國雷電專家馬丁·尤曼在評論文章中表示,這次觀察很可能是獨一無二的。

  儘管有目擊者拍下過球形閃電的模糊影像,但大家還是不了解這種現象。球形閃電太罕見了,而且稍縱即逝,簡直無法研究。曾有人認為它是子虛烏有。關於球形閃電的本質,有無數奇特的解釋。中國作家劉慈欣還寫過科幻小說《球狀閃電》。

  袁萍從2000年開始研究閃電光譜,她和同事背著攝像儀器,在雷暴多發的季節和地區追蹤閃電。她曾聽農民說,見過球形閃電擊中了牛。

  「跟我的導師還有許多前輩學者相比,我對閃電的研究不算很久。能看到球形閃電,簡直是太幸運了。」袁萍說。

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