雷電究竟從何而來

克里斯·德拉吉

閃電和雷鳴總是一起出現(xiàn)，聽到“轟隆隆”震耳欲聾的雷聲，你感到害怕嗎？雷電可謂是大自然最驚心動魄的景象之一，特別是那些光華奪目、劃破長空的閃電。那么雷電的本質(zhì)是什么？雷電究竟從何而來？

世界各地平均每小時要下1800-2000場雷雨，每秒鐘發(fā)出100次閃電。在24小時內(nèi)，有大約850萬次閃電襲擊地面。有聲有色的雷電并非虛張聲勢，它確實威力無窮。1975年，一次強大的閃電襲擊了津巴布韋烏姆塔利城附近的一座茅屋，一下子擊斃21人。在美國，平均每年被雷電直接擊斃的人數(shù)超過125人，還有3萬幢房屋和建筑物被摧毀。雷電常常是伴隨狂風(fēng)、暴雨、冰雹而來，還會劈壞樹木、造成火災(zāi)、干擾無線電通信等，對人類造成了極大的危害。

富蘭克林揭示雷電本質(zhì)

18世紀(jì)以前，流傳著許多關(guān)于雷電的神話。人們對雷電究竟從何而來還一無所知，連少數(shù)科學(xué)家都以為雷電是毒氣在空中爆炸。第一個揭穿雷電秘密的是美國著名學(xué)者本杰明·富蘭克林。富蘭克林在研究靜電學(xué)時發(fā)現(xiàn)，空中的閃電與實驗室的摩擦生電有很多相似之處。為了證實這一點，1752年夏天，富蘭克林準(zhǔn)備了一只用木條和絲手帕做成的大風(fēng)箏，在風(fēng)箏頂端縛上一根細(xì)鐵絲，并把它與放風(fēng)箏的麻繩連在一起，繩末系了一段不導(dǎo)電的綢帶，以便抓握，而在麻繩與綢帶之間再系上一把鐵鑰匙。當(dāng)雷雨來臨時，富蘭克林帶著小兒子奔向野外，頂著狂風(fēng)暴雨把風(fēng)箏送上高空云層。一會兒，麻繩被淋濕，變成良導(dǎo)體，隨著電光閃閃，雷聲隆隆，風(fēng)箏和繩索全都帶了電，麻繩上原先披散的纖維都奇妙地直立起來。富蘭克林覺得手有點兒發(fā)麻，他興奮地把手指挨近那把鐵鑰匙，立刻就有電火花向手指飛來。這些現(xiàn)象與實驗室中帶電物體的性質(zhì)完全相同，原來閃電不過是大氣中的強烈放電現(xiàn)象！

其他各國也有不少人做了類似實驗，俄國著名科學(xué)家羅蒙諾索夫和朋友利赫曼教授，各自把裝在室外長鐵桿的一端引進實驗室內(nèi)，制成“測雷機”，多次觀察打雷時發(fā)出的電火花。在1753年7月26日的一次雷雨中，一個拳頭大小的球狀閃電落到利赫曼頭上，將其擊斃。這是人類在探索雷電之謎道路上付出的慘痛代價。

什么是雷雨云

閃電和雷鳴總是一起出現(xiàn)，但是打雷不一定就會下雨。人們通常把能制造雷電和雷雨的烏云叫做雷雨云。

通過大量探測，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：在雷雨云積極發(fā)展時，云體會開始帶有大量電荷，而且總是在云體上部集中正電荷，云體下部集中負(fù)電荷。由于電的感應(yīng)作用，又使雷雨云籠罩下的地面帶有正電。這樣，在云的上下部之間、云與云之間、云與地面之間，就會形成強烈的電場。隨著電場兩邊電位差越來越大，正、負(fù)電荷間將發(fā)生擊穿空氣的放電現(xiàn)象，并激發(fā)空氣發(fā)光，這就是閃電。每次閃電的電流可高達幾萬甚至幾十萬安培，溫度高達兩三萬攝氏度，比太陽表面溫度高出五倍。在狹窄的閃電通道中，空氣被突然劇烈加熱，迅速膨脹，然后空氣體積又陡然縮小?？諝庥纱税l(fā)生振動，造成了轟隆隆的雷聲。

球狀閃電是怎樣形成的

只要條件適宜，一團空氣也可以燃燒。這種火焰多見于深夜，又沒有顯而易見的解釋，由此引出大量神秘的遐想，也就不足為奇了。在中世紀(jì)的拉丁語中，這種球形火焰被稱為“愚蠢的火焰”；在英國民間傳說中，它被稱為“火炬之靈”；現(xiàn)在我們則更多地將它稱為“鬼火”以及“球狀閃電”。坊間傳言，這些火球可能出現(xiàn)在墳?zāi)股峡?，或者沿著河岸游蕩，它可能預(yù)示著即將到達的地震，有時還會潛伏在飛機的走道上。

空中飄蕩著的火球，其實有兩種類型。一種是由有機生命體產(chǎn)生的，例如沼澤濕地或墳地中有機物的腐敗分解，會產(chǎn)生甲烷和含磷的氣體（比如磷化氫）。這些氣體接觸到氧氣之后自燃，飄蕩在半空中，便形成俗稱的“鬼火”。另一種火球，則是源于自然界中的放電過程。

例如地震時，地下的巖石碰撞擠壓，可能會產(chǎn)生電荷，釋放到地面上，與空氣相互作用，放電形成火光。還有一些是在雷暴天氣中，在大氣中形成，這樣的火球就被成為“球狀閃電”。

球狀閃電顏色多變，大小也各有不同，小者如玻璃彈珠，大者如健身房里用的瑜伽球。它們可以在封閉的空間中生成，可以豎直穿過煙囪，也可以水平穿透關(guān)閉著的窗戶。球狀閃電不僅發(fā)光，還會迸濺火花，發(fā)出滋滋的聲響，散發(fā)出刺激性的氣味。通常，球狀閃電只能持續(xù)幾秒鐘，亮度如同一個明亮的家用電燈泡。球狀閃電行蹤多變，難以預(yù)料，人們很為其難找到一個明確的理論解釋，但它們的詭異特征已經(jīng)記載于近幾個世紀(jì)的文獻資料中。

已故的天文學(xué)家羅杰·詹尼森曾在1963年春天乘坐夜間航班穿過風(fēng)暴。一道閃電擊中飛機后，他目睹了一個籃球大小的球形閃電。詹尼森描述道：“球狀閃電在駕駛艙出現(xiàn)，隨后沿著機艙走道筆直地移動，始終保持著同樣的高度?！?/p>

另一次球狀閃電事件是英國的一位女士在家中遇到的。當(dāng)時她正坐在椅子上，忽然一個與西柚大小相當(dāng)、邊緣蓬松的橙色火球毫無征兆地穿過窗戶進到室內(nèi)。關(guān)閉的玻璃窗和百葉窗絲毫沒有阻礙火球的移動?；鹎蛟诩绨蚋叨壬纤揭苿恿舜蠹s10秒鐘，緊接著爆發(fā)出一聲驚雷，巨大的聲響嚇得女士直接從座椅上跳了起來。

根據(jù)上面這些描述，球狀閃電能夠穿過玻璃窗，還能直接在飛機內(nèi)部形成，這些現(xiàn)象很難得到明確的解釋。而關(guān)于球狀閃電的形成原因，科學(xué)家更是眾說紛紜，這些理論甚至比球狀閃電的物理性質(zhì)本身還要復(fù)雜。我們不妨列舉一些試圖解釋球狀閃電本質(zhì)的理論，包括認(rèn)為它是一團熾熱的硅粒子，或是一種天然核反應(yīng)，或者是閃電誘發(fā)的癲癇幻覺，還有可能是小型黑洞，或是由纖維素和其他天然聚合物形成的復(fù)合物質(zhì)，以及充斥著微波的等離子體氣團，等等。

無數(shù)科學(xué)家為查明雷電之源絞盡腦汁

為什么雷雨云會帶電？為什么雷雨云中的電荷總是呈上正下負(fù)的分布？自富蘭克林揭示了雷電的本質(zhì)之后，無數(shù)科學(xué)家為查明雷電之源絞盡腦汁，提出過許多種解釋。這些解釋大致歸為三大類：第一類認(rèn)為，雷雨云吸附了空氣中的帶電離子而起電；第二類認(rèn)為，云粒子受到外界電場感應(yīng)，因為即使在晴朗時，大氣也存在電場；第三類認(rèn)為，帶電云層是由于云粒子間的相變、摩擦、破碎等機械作用或云粒子的化學(xué)變化形成。

一位植物學(xué)家的意見也很有趣，他認(rèn)為雷雨云中的電荷是由地面上的綠色植物產(chǎn)生的。樹葉和青草會向大氣分泌大量帶有揮發(fā)性的有機物質(zhì)，如芳香油等。在一定條件下，這些物質(zhì)會分解出正離子，并在云表面形成電荷。為了證實這一假說，他計算出了植物產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)里所含的能量，其結(jié)果恰好等于地球上雷電釋放的能量。他的第二個理由是：雷電發(fā)生在生長植物的地區(qū)。最強烈的雷電大多發(fā)生在熱帶森林上空，而在沙漠或兩極這些不毛之地，幾乎不出現(xiàn)雷電。在溫帶，隨著春天大地上一片新綠的來臨，雷雨季節(jié)也一起到來；葉落草枯的秋冬，雷電也就銷聲匿跡。

不過，大多數(shù)科學(xué)家還沒能接受這一觀點。他們更相信云層帶電是水蒸氣微粒在上升或下降過程中和空氣發(fā)生摩擦導(dǎo)致的。雷電是大自然最常見的自然現(xiàn)象，盡管科學(xué)家提出了多種大相徑庭的假說，但迄今為止，還沒有一種假說能完美地說明雷電的起源。