形形色色的閃電

方陵生

在世界的許多地方，每天都有電閃雷鳴盡情肆虐，特別是在夏天的雷暴天氣里，擊向大地的雷電每秒可多達(dá)100次。閃電現(xiàn)象是如此普遍又頻繁，而我們對(duì)它的了解卻十分有限。盡管我們已經(jīng)知道，閃電是天地之間的一種放電現(xiàn)象，它發(fā)生在云層之中，也發(fā)生在帶電云層和大地之間，雷電發(fā)生時(shí)，帶電粒子以極快的速度在大氣中劃過(guò)。但是，我們卻無(wú)法預(yù)測(cè)下一次雷電會(huì)在何時(shí)何地發(fā)生，我們也不清楚大自然的雷電現(xiàn)象中究竟有多少秘密等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

閃電是如何形成的：

兩種理論

科學(xué)家至今仍然無(wú)法確定閃電是由什么引起的，但關(guān)于閃電的成因有兩種主要的理論。最為流行的理論認(rèn)為，閃電是由雷暴天氣中冰或水分子的激烈碰撞引起的——當(dāng)雷暴在大氣中醞釀產(chǎn)生時(shí)，冰雹或冰粒急速向下運(yùn)動(dòng)，與較暖的上升水滴產(chǎn)生碰撞，兩者相遇交鋒時(shí)，水滴中的電子依附到冰粒上，導(dǎo)致接近雷暴層的上部水汽釋放出正電子，下沉的冰晶釋放出負(fù)電子。于是，在接近雷暴層的地方開(kāi)始產(chǎn)生一些小的放電現(xiàn)象。這些小的放電匯合起來(lái)，形成規(guī)模更大的放電，有的最終形成閃電。威力巨大的閃電以每小時(shí)36000千米的速度快速劃過(guò)天空，閃電迸發(fā)瞬間的溫度可高達(dá)30000℃，是太陽(yáng)表面溫度的5倍。

另一種理論叫“電子逃逸崩潰”理論，該理論假設(shè)閃電是一種全新的物理現(xiàn)象——由宇宙射線高能粒子引發(fā)的放電現(xiàn)象，這些粒子多數(shù)是宇宙中高能量事件（如恒星爆炸事件）爆發(fā)產(chǎn)生的質(zhì)子。宇宙射線從太空中穿過(guò)，高能量的電離粒子流有時(shí)會(huì)與地球上層大氣發(fā)生碰撞，這些高速運(yùn)行的電離粒子流的速度可達(dá)到光速，如遇到雷暴云層，就會(huì)引起放電，產(chǎn)生耀眼的閃電。

球形閃電：

會(huì)飛的光球

強(qiáng)烈的雷暴天氣里，奇怪的球形閃電以閃耀的光球形式出現(xiàn)。球形閃電有各種顏色，黃的、白的、紅的、橙色的、紫色的和綠色的。據(jù)一些目擊者報(bào)告稱，球形閃電從窗戶穿過(guò)，窗玻璃卻完好無(wú)損，既沒(méi)有破洞，也沒(méi)有裂縫。關(guān)于球形閃電的傳說(shuō)已經(jīng)持續(xù)了幾個(gè)世紀(jì)，但我們對(duì)球形閃電的了解依然很少。球形閃電行蹤詭秘，我們很難預(yù)測(cè)它們會(huì)在何時(shí)何地出現(xiàn)，所以研究球形閃電是非常困難的。

2012年，一段視頻捕捉到了神秘的球形閃電。中國(guó)的一組研究人員在觀察雷暴天氣時(shí)，偶然錄下了這一大自然中罕見(jiàn)的奇景。在一道閃電擊中地面時(shí)，突然出現(xiàn)了一個(gè)直徑約5米的電光閃閃的球形物，僅1.6秒后便消失得無(wú)影無(wú)蹤?？茖W(xué)家根據(jù)這段寶貴的視頻資料，對(duì)球形閃電進(jìn)行了光譜分析。

分析資料顯示，球形閃電的構(gòu)成成分主要是硅、鐵和鈣，這些都是在土壤里可以找到的成分。這一發(fā)現(xiàn)支持了之前科學(xué)家提出的理論：球形閃電主要是閃電擊中大地，導(dǎo)致土壤中的部分礦物質(zhì)微粒氣化的結(jié)果。但是，形成的光球結(jié)構(gòu)何以能夠持續(xù)較長(zhǎng)（相對(duì)而言）的一段時(shí)間？至今仍然無(wú)法得到解釋。

黑色閃電：

威力巨大的隱形閃電

并非所有的閃電都是肉眼可見(jiàn)的，黑色閃電就是一種隱形閃電，也被稱為“空中暗雷”。這種威力巨大的閃電產(chǎn)生的強(qiáng)烈輻射脈沖能量爆發(fā)被稱為地源伽馬射線脈沖（TGFs）。這種類型的爆發(fā)通常發(fā)生在宇宙中，是由恒星崩塌時(shí)猛烈向外噴發(fā)物質(zhì)而產(chǎn)生的。TGFs爆發(fā)引起的黑色閃電產(chǎn)生的能量是我們?nèi)庋勰芸吹降拈W電的數(shù)百萬(wàn)倍。在雷暴天氣里，科學(xué)家通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)記錄的輻射數(shù)據(jù)知道了它們的存在。

最近有研究人員提出，這種看不見(jiàn)的獨(dú)特形式的閃電，釋放的能量比普通閃電要強(qiáng)烈得多，但由于它們不會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的光，所以我們無(wú)法憑肉眼看到它們的存在。

據(jù)認(rèn)為，黑色閃電是由普通閃電觸發(fā)產(chǎn)生的。電閃雷鳴的雷暴天氣就像一把子彈上了膛的手槍，而普通閃電就是導(dǎo)致產(chǎn)生黑色閃電的“觸發(fā)器”。一旦被觸發(fā)，黑色閃電就會(huì)取代普通閃電，而它在云層中放電的速度要比普通閃電快得多。每1000道普通閃電中就有一道是黑色閃電，但無(wú)人能給出確切的數(shù)據(jù)。

幽靈閃電：

像紅色水母的閃電

幽靈閃電也叫精靈閃電，是發(fā)生在大氣層上層的、被稱為瞬態(tài)發(fā)光事件（TLEs）的一種閃電形式，?？茖W(xué)家還不能確定TLEs是因什么原因引起的，但被普遍接受的看法是，它們是放電導(dǎo)致的等離子體或電離氣體的發(fā)光現(xiàn)象，通常是在云層中攜帶正電子的威力強(qiáng)大的閃電擊中地面時(shí)產(chǎn)生的。

TLEs中最常見(jiàn)的形式是幽靈閃電，也即在大氣層上空80千米處雷暴云上層產(chǎn)生的紅色閃電。1989年，照相機(jī)首次拍攝到了幽靈閃電的照片，之后科學(xué)家對(duì)來(lái)自太空飛船的視頻資料的研究也發(fā)現(xiàn)了幽靈閃電的存在。甚至偶爾還有人用肉眼觀察到了幽靈閃電，雖然它在空中出現(xiàn)的時(shí)間不到幾分之一秒。幽靈閃電通常出現(xiàn)在雷暴云層的上方，看起來(lái)就像閃耀著紅光的水母，有時(shí)看起來(lái)像胡蘿卜或花椰菜，底下還垂著一些“卷須”呢。

藍(lán)色閃電：

怪異的電光之舞

這種被稱為藍(lán)色噴流的閃電通常發(fā)生在雷雨活動(dòng)云層上方離地面40～50千米的電離層里。它們的速度可達(dá)每秒50千米，但持續(xù)時(shí)間很短，只有大約1/4秒時(shí)間。這種藍(lán)色噴流閃電呈巨大而奇特的錐形，在暴風(fēng)雨肆虐的天氣里從云層向上展開(kāi)，用肉眼也可以看見(jiàn)。藍(lán)色噴流閃電比紅色幽靈閃電更亮，但發(fā)生的頻率卻要低得多。另外，與紅色幽靈閃電不同的是，藍(lán)色噴流并非直接由閃電觸發(fā)產(chǎn)生。研究認(rèn)為，它們似乎與雷暴中的強(qiáng)冰雹活動(dòng)有關(guān)。

在1989年的一次太空飛行任務(wù)中獲得的錄像資料確認(rèn)了藍(lán)色噴流閃電的存在，但它們極為罕見(jiàn)。

小精靈光暈：

高空中的神秘閃電

小精靈光暈是電磁脈沖源釋放的低頻率閃動(dòng)，是一片呈扁平形態(tài)、有些模糊、略帶紅色的光暈，它們是在大氣層與太空交界處水平方向發(fā)生的超快速放電現(xiàn)象。

據(jù)認(rèn)為，小精靈光暈的產(chǎn)生源自于某些閃電放電中產(chǎn)生的極為強(qiáng)烈的電磁輻射脈沖。當(dāng)巨大的能量穿過(guò)電離層底部——大氣層的上部區(qū)域時(shí)，導(dǎo)致那里的氣體短暫發(fā)光。

小精靈光暈的亮度可媲美紅色幽靈，持續(xù)時(shí)間只有短暫的1毫秒，但徑向輻射的范圍卻可達(dá)300千米以上，通常發(fā)生在離地面100千米的高空。在1990年的一次航天飛行任務(wù)中，人們首次在法屬幾內(nèi)亞海岸觀察到了這種神秘的小精靈閃電。

在首次被觀察之前，研究人員已預(yù)測(cè)了小精靈光暈的存在。理論推測(cè)認(rèn)為，閃電脈沖在大氣層下部產(chǎn)生大量熱量，由此可能觸發(fā)產(chǎn)生小精靈閃電。

正電子放電：

另類閃電

大多數(shù)閃電都是接近地面的云層底部攜帶的大量負(fù)電子的放電現(xiàn)象。但是，這種放電現(xiàn)象偶爾也會(huì)發(fā)生于攜帶大量正電子的云層上方。

正電子放電可長(zhǎng)距離穿越云層抵達(dá)地面，電流可達(dá)30萬(wàn)安左右，電壓超過(guò)10億伏。這意味著正電荷閃電比負(fù)電荷閃電的威力要強(qiáng)10倍。正電荷閃電一次通常只閃一次，而負(fù)電子閃電一次可連續(xù)閃兩次甚至更多次。另外，正電子閃電發(fā)生的頻率只占閃電總發(fā)生率的5%。