球状闪电究竟是什么？中国科学家提出新见解

悦然心动

只要条件合适，我们周围大气中会出现小型球状发光体。这些难以理解的发光体在夜间犹为显眼，它们无疑会在人们心目中产生极强的神秘感。局部大气的发光现象有多种叫法，比如所谓的鬼火，以及球状闪电。它们有的悬停在墓地上空，有的在河畔逡巡，有的是地震征兆，有的出现在飞机上。即使是今天，我们也不是很清楚它们的成因和原理。但科学家并没有放弃对它们进行研究。最近，中国科学家武慧春在英国《科学通讯》杂志上对这一现象作了一番让人信服的新解。

　　我们见到的部分火球其实是生物有机体的产物。在沼泽、湿地，甚至大型墓地中，有机物的腐败会产生甲烷和含磷气体——如磷化氢，这些物质在接触到大气中的氧后会发生自燃，在半空中形成忽明忽暗的光点。部分火球是放电造成的。地震发生时，受到应力作用的岩石会向地表释放出电流，电流在与空气发生作用后，便会出现闪光。而有一些球状发光现象出现在大气中，它们通常发生在雷雨时，因此得名“球状闪电”。

　　球状闪电色彩各异，大小也都不一样——小的像弹珠，大的像健身球。它们有的出现在封闭的空间中，有的会沿着烟囱进入室内，有的会直接穿过关闭的窗户。除了发光，球状闪电还会溅出火花，产生吱吱声，散发难闻的臭气。它们持续的时间通常只有几秒，亮度和家用灯泡差不多。难以预测的特性，和各种各样的成因，导致人们无法对其作出一个结论性解释。但是与之相关的各种离奇故事已经流传了几个世纪。

　　

　　大火球：1901年一幅描绘球状闪电的版画。维基共享资源

　　1963年春，天文学家Roger Jennison乘坐的夜航班正在穿越一团雷雨云，飞机被闪电击中，随后他就目睹了一个火球的出现。这个火球如篮球般大，它“从驾驶舱出现，并顺着过道一闪而过，”他说，“它的高度一直没变，因此整个过程都能够被看到。”英国的一位女子，也曾和媒体说，她在家中时，“在没有任何预兆的情况下，一个柚子般大、边缘并不是很清晰的橙红色火球，从前窗飘了进来，它竟能穿过关闭的窗户和百叶窗，在齐肩高的位置上水平飘移了大约10秒钟，随后头顶便响起了一声炸雷。”

　　球状闪电这种能够穿窗入室，且能出现在飞机内的特性，注定了对它观测是一件非常困难的事。对球状闪电成因的解释，甚至比其本身的物理特性更为繁多。有人说它是一团炽热的硅粒子云，有人说它是一个自然生成的核聚变反应堆，有人说它只不过是一种幻觉，有人说它是一个迷你黑洞，有人说它是一堆高分子聚合物，还有人说它是一个等离子微波泡。

　　假如这个泡被弄破，那么微波便会泄漏，整个球体就会炸裂。

　　中国杭州浙江大学的科学家武慧春，把注意力放在了微波泡上。大部分专注于这个方向的科研人员认为，这些微波泡是从雷雨云或大气激波释放出的微波辐射中形成的，但武教授认为这些微波，是闪电产生时，被加速到近光速的电子束击中地面时产生的。在强大电场的作用下，被加速的电子会形成一个电子通道，从云端逐步向地面移动，形成我们通常认为的闪电。“闪电前端一旦击中地面，”武教授说，“就会产生一个相对论电子束，激发出强烈的微波辐射。”

　　通过在周围空气里积蓄电荷，大气微波能够制造出等离子体。辐射则会在等离子体内部产生足够的向外压力，使之形成一个泡，这个泡就是我们所见的球状闪电。球状闪电内部是被困在其中的微波，它们在继续制造等离子体，进而维持了球状闪电短暂的存在周期。被困在泡中的辐射一旦消散，球状闪电就会消失。假如这个泡被弄破，那么微波便会泄漏，整个球体就会炸裂。

　　微波等离子泡说能够解释球状闪电的许多特点。比如微波能够穿越玻璃，因此窗户无法阻止球状闪电进入室内；微波能够产生人耳可以听见的噪声；等离子体也能把大气中的氧转化成味道难闻的臭氧等气体。

　　武教授理论的出众之处在于，它能够解释飞机上的球状闪电。电子和原子相比更为微小，它在飞机外部被闪电加速后，能够穿透飞机的金属外壳，进入机内的电子随后便会释放出微波，进而产生球状闪电。电子-微波-等离子体这样的形成过程，能够解释球状闪电的尺寸之谜，被闪电加速后的电子束长度，通常能够产生直径约20-50厘米的微波泡。

　　按照科学中的惯例，武教授的理论要得以确立，还需要做更多的工作。这一理论是基于粒子模拟提出的，因此需要实验进行验证。包括需要对雷击产生球状闪电的方式进行验证，以及寻找高速电子和微波的存在。

　　假如这个理论成立，武教授说，那么它对研究雷雨产生的高能电子和微波辐射，会对靠近这些区域的人身造成什么样的威胁具有重要意义。