球形閃電之謎

編譯 李念華

人們早就認識到，球形閃電是一種十分罕見的自然放電現象。但是，在許多人（包括科學家）的眼里，球形閃電仍然是一個神秘而無解的現象。最近，巴西科學家在實驗室中制造出了高爾夫球大小的球形閃電，這或許有助于破解球形閃電之謎。

神秘現象

人類早就對球形閃電感到困惑。我國北宋著名科學家沈括(1031-1095 年) 在《夢溪筆談》中記述了一次球形閃電發生的過程：球形閃電自天空進入“堂之西室”后，又從窗間檐下而出，雷鳴電閃過后，房屋安然無恙，只是墻壁窗紙被熏黑了。令人驚奇的是，屋內的木架以及架上的器皿雜物（包括易燃的漆器）都未被電火燒毀，相反，鑲嵌在漆器上的銀飾卻被電火熔化，其汁流到地上，鋼質的寶刀竟被熔化成汁水。更令人費解的是，用竹木、皮革制作的刀鞘卻完好無損。

1754 年，當時的著名科學家喬治· 理士曼博士正在俄羅斯的圣彼得堡市進行一項模擬富蘭克林用風箏導電的經典實驗。突然，一道閃電擊中理士曼手中的導電棒，接著一個棒球大小的藍白色發光球體從測試設備中蹦出并擊中理士曼的頭部，令他當場死亡。后來人們在理士曼博士的前額看到一個紅色斑點，還在他的一只鞋上看到兩個燒焦的小洞。

1936 年，英國倫敦，有人看到一個蘋果大小的球形閃電掉進一個水桶里，使桶里盛著的約15 升水在幾分鐘內持續沸騰，20 分鐘后依然可以把人燙傷。

在美國尤尼昂維爾小城，一次狂風暴雨、雷鳴電閃之后，一個家庭主婦打開電冰箱時，驚奇地發現里面放著烤鴨、煮熟的蛋和萵苣，可她清楚地記得這些東西放進電冰箱時全部都是生的。這些東西是怎么變成熟的了呢？原來這個家庭主婦離家外出時忘記關上窗戶，一個球形閃電從窗戶飄進屋內，然后鉆入電冰箱里，剎那間把電冰箱變成了電烤箱，烤熟了里面的食品。有趣的是，電冰箱竟然沒有損壞，還能照常使用。

美國人赫博拉曾經與球形閃電有過一次近距離接觸。在16歲那年，他與朋友一起在野外露營。一場突如其來的雷陣雨迫使他騎車返回營地，卻遭遇了終身無法忘懷的一幕：他看見一個網球大小的熾熱球體在不遠處飄浮，起初球體是在距離地表近1 米的高度飄浮著，后來鉆進了他們露營的帳篷，變得更加貼近地面。在輕輕掠過地面的同時，它不停地旋轉、擺動，同時還發出類似水沸騰時的嘶嘶聲。再后來，球體從帳篷的另一端飛出，飛行的高度恢復到先前距離地面的高度。當赫博拉把他所見到的情形告訴其他人時，他們還以為他被大雨淋得腦子出了問題。以后，他再沒有提及這次難忘的經歷。10年后，他參加了一次學術研討會，才知道自己當年見到的其實就是球形閃電。

此類的報道還有很多，但人們包括科學家們似乎更愿意把它們看成是茶余飯后的笑談。直到1963 年3 月19 日的一場意外，科學家的看法才發生了徹底的改變。當時一批美國科學家正搭乘飛機從紐約飛往華盛頓。途中，他們遭遇了一場突如其來的風暴。一位科學家無意間發現一個直徑約20 厘米的發光球體穿透駕駛艙墻壁飛進來，然后一路沿著機艙過道穿行，最后從飛機尾部飛出。這個意外事件最終引起了科學界對球形閃電的關注。

之后，科學家從世界各地收集到近10 萬份親歷者的口述記錄，并據此歸納出球形閃電現身時的基本情況。首先，眾多親歷者不約而同地提到了飄浮著的發光球體。這些球體的大小不等，有的如網球般大小，有的則相當于沙灘排球。其次，這種現象通常是伴隨著電閃雷鳴同時出現的。第三，發光的球體多數時候是飄浮在地表的，偶爾會經由地表或其他障礙物向上反彈，似乎不受重力或風力作用的約束。第四，球體發出的光亮差不多與一個100 瓦的燈泡相當，但可以穿透玻璃窗戶，甚至燒毀電視屏幕。絕大多數情況下，球形閃電并沒有展現出致命的殺傷力，但不時會有人因它而喪命。喬治· 理士曼就喪生在球形閃電的擊打之下。第五，球形閃電通常只能持續約10 秒鐘左右，時間非常短促，而后要么自行消失，要么隨爆炸而迅速消散。

未解之謎

半個多世紀以來，人們記錄了數千次球形閃電現象。但是，球形閃電是怎樣形成的？為什么會成為火球形狀？能量來自何方？為什么發光時間相對長？至今還沒有定論。

在多數情況下，球形閃電形如圓球，偶爾也會呈現出類似短棒、啞鈴之類的異形。球形閃電的直徑通常約為5 厘米，但最小的僅相當于一顆豌豆，最大的竟可以與一輛轎車相比。球形閃電的顏色多變，時而呈鮮紅色或淡玫瑰色，時而呈藍色或青色，時而呈刺眼的銀白色，有時竟然是黑色。球形閃電的光亮通常持續而穩定，但偶爾也有忽亮忽滅的個例。它的運行速度非常緩慢，有時與人們跑步的速度差不多。它有時會發出輕微的呼哨聲。人眼很容易跟蹤觀察它。它行進的方向和風向一致，喜歡追逐過堂風或隨風飄游，因而有時會通過開著的門窗或煙囪及各種縫隙鉆進室內。有時它會停止不動，懸掛在人們的頭頂上。當碰到障礙物時，它常會爆炸而發出巨響，也可能無聲無息地消失。在平坦寬敞的地方，它總是慢速飄浮在貼近地表的空氣中，而如果是在房間里，它甚至可以慢速漂移到各個角落。盡管已經知道球形閃電能夠發出相當于100 瓦燈泡的亮度，但科學家卻搞不清楚使它發亮的能量來源。球形閃電自身的熱度估計約30 瓦，卻可以使玻璃溶化。它能像氣團一樣隨意飄浮在空氣中，同時也能像液體物質一樣緊緊收縮成團。最令人不解的是，球形閃電的運動軌跡不是直沖云霄，而是不規則地浮動。球形閃電的種種特性令人匪夷所思。

許多人致力于探求球形閃電形成的原因。有人猜測，球形閃電很可能是具有高等智慧的外星生命，它們是想來采集人類的DNA標本。當然，這種說法毫無根據。一些科學家猜測，引發球形閃電的罪魁禍首可能是等離子。按照他們的解釋，自然界中有大量等離子云，它們由大量帶電微粒組成，能夠在相互的作用下構成原子，同時發出光亮。在雷雨交加的時候，等離子云從常見的閃電中獲取能量，就可能形成球形閃電。另一些科學家則指出，球形閃電的確可能與閃電、帶電微粒等相關，但其形成過程要復雜得多。閃電在擊打地面時，可能生成了某種類似氣團的物質。這種物質與空氣中的氧氣混合形成微粒，經過緩慢的燃燒釋放出化學能。最初生成時，這種類似氣團的物質中蘊藏有大量電子能，其中一小部分能量轉化為化學能，儲存在之后生成的微粒物質中。

在各種紛繁的猜測中，新西蘭科學家約翰· 阿巴拉罕遜的看法最具理性。他認為，球形閃電的出現與硅粒子在空氣中燃燒有關，是一種化學反應的表現。硅是陸地上最常見的元素之一。當地表受到閃電的擊打時，巨大的能量可能導致部分地表物質蒸發，高溫的硅蒸氣隨之升騰到大氣中。隨著高度的增加，環境溫度下降，氣態物質團收縮形成微小顆粒。由于微粒的帶電情況有差異，它們相互組合形成細線。由于溫度極高，暴露在大氣氧氣環境下的微粒開始自燃，于是發光發熱。又由于硅粒子自身的重力與向上浮力相抵，因此可以飄浮起來。一旦所有的硅粒子燃盡，球形閃電也就隨之消失。這種解釋聽起來很有道理，但也存在一些缺陷。首先，它無法解釋沒有硅物質情況下出現的球形閃電，比如高空飛行中的飛機。第二，一直沒有人能通過實驗來驗證這個猜測，沒有科學家能在實驗室條件下制造出與天然球形閃電類似的人工球形閃電。

為了揭開球形閃電之謎，科學家需要通過實驗模擬生成球形閃電。近年來，科學技術得到長足的發展和完善，科學家已經能夠借助攝像機記錄自然界出現球形閃電的真實場景，而這些資料對科學家的深入研究有極大的幫助。在核工業領域，科學家一直在嘗試制造人工球形閃電，以便推進核電工業的發展。他們嘗試制作了磁力瓶，但釋放的電力僅能持續幾微秒，轉瞬即逝。科學家猜測，球形閃電能儲藏足夠的能量。如果這種說法是對的，那么有朝一日，人類說不定就能夠借助它來獲取干凈而廉價的生活用電。

最新進展

最近，巴西科學家在實驗室中制造出了高爾夫球大小的球形閃電。這種人造球形閃電與自然界的球形閃電十分類似：球身看起來比較蓬松，在旋轉的同時能夠釋放火花，還不時上下擺動。它們在實驗室里的運動也不規律，時而在地表上方滾動，時而從障礙物上躍起，灼燒與之接觸的所有東西。巴西科學家的實驗有可能撩開了球形閃電的神秘面紗。

巴西科學家是通過硅物質燃燒而人為制造出球形閃電的。巴西科學家花費了兩年多的時間，試圖用實驗證明先前新西蘭科學家約翰·阿巴拉罕遜的理論。他們利用電極對硅晶片進行強力電擊，使硅物質局部氣化，最終制造出球形閃電。這些人造球形閃電大多只能持續2～5秒鐘，但有一個竟持續了8秒多鐘（這個記錄基本上與天然的球形閃電持平）。這個實驗結果令研究者感到振奮，持續8秒多的人造球形閃電將有助于科學家對其成因的解釋。

此外，巴西科學家還認為， 除硅以外，其他普遍存在于自然界的金屬物質如鋁、鐵等也可能在特定情況下促使球形閃電的形成。這個說法能夠解釋為什么有人在搭乘飛機的過程中看到球形閃電。目前，科學家們還無法用實驗對上述說法加以驗證。一旦這些物質被證實能夠生成球形閃電，那么就意味著電線桿、電子設備、屋頂材料之類的物體，在閃電的擊打下，都有可能引發球形閃電。科學家還指出，除了閃電以外，大氣云層間的小規模放電現象、地震釋放出的熱能等，都可能充當激發球形閃電的初始能量源。

總的說來，球形閃電的出現通常需要具備若干條件。第一，有常規的閃電出現。第二，閃電必須擊中諸如建筑物、土壤或樹木之類蘊含金屬或氧化物質的物體。土壤中含有大量氧化硅物質和碳物質，電擊后可以生成硅。硅在高溫條件下氣化，冷卻后形成硅微粒，進而形成長線。第三，需要長條形通道。通常雷電擊打地面時會挖出像臘腸一樣的洞穴，形成一條溫度極高的通道。氧化硅物質不斷膨脹，最終從通道口噴射而出，形成環狀渦流，進而形成球體。在構成球體結構后，硅物質因繼續進行氧化反應而保持高溫，同時實現長距離位移。附著在微粒表面的氧化層逐漸集結，劇烈的化學反應趨于平和，當微粒中的金屬物質完全耗盡時，球形閃電最終或者悄然消失或者轟然爆炸。

球形閃電蘊含有大量能量，足以置人于死地。球形閃電中的金屬物質可以與任何含水物質發生反應，一旦與人體產生接觸，就會導致嚴重的燒傷。但總的說來，其危害性比常規雷電要小一些。

閃電的類型

線狀閃電 與其他閃電不同的地方是，線狀閃電擁有特別大的電流強度，平均可以達到幾萬安培，在少數情況下可達20 萬安培。這么大的電流強度，足以毀壞和搖動大樹，有時還能傷人。當它接觸到建筑物時，常常造成“雷擊”而引起火災。線狀閃電多數是云對地的放電。

片狀閃電 片狀閃電是一種比較常見的閃電形狀。它看起來好像是在云面上有一片閃光。這種閃電可能是云后面看不見的火花放電的回光，或者是云內閃電被云滴遮擋而造成的漫射光，也可能是出現在云上部的一種叢集的或閃爍狀的獨立放電現象。

帶狀閃電 帶狀閃電由連續數次的放電所組成。在各次閃電之間，閃電的路徑因受風的影響而發生移動，使得各次閃電互相靠近，形成一條帶狀。帶的寬度約為10米。這種閃電如果擊中房屋，可以立即引起大面積燃燒。

聯珠狀閃電 聯珠狀閃電看起來好像一條在云幕上滑行或者穿出云層而投向地面的發光點的連線，也像閃光的珍珠項鏈。有人認為聯珠狀閃電是從線狀閃電到球狀閃電的過渡形式。聯珠狀閃電往往與線狀閃電接踵而至，幾乎沒有時間間隔。

火箭狀閃電 火箭狀閃電比其他各種閃電放電慢得多，它需要1～1.5秒鐘時間才能放電完畢。用肉眼可以很容易地跟蹤觀測它的活動。球狀閃電 球狀閃電（也叫球形閃電）是一種十分罕見的閃電形式。

黑色閃電 人們都見過耀眼的藍白色閃電，這是空中的大氣放電的自然現象，但沒有人見過不發光的“黑色閃電”。科學家在通過長期的觀察研究后證明了“黑色閃電”的存在，但還無法解釋它的成因。

火山噴發與閃電

火山噴發可以引發地震、雪崩等相關自然災害。科學家最近發現，除此之外，火山噴發還可以引發具有相當危害性的閃電。當火山噴發時，科學家往往能夠在火山噴發最猛烈的區域觀察到閃電的身影，這些閃電來自于火山噴發時形成的大片羽狀云。

為了更進一步地了解火山閃電，科學家托馬斯和他的同事研究了位于阿拉斯加庫克海港的一座無人小島上的火山。這座名為奧古斯丁的火山十分活躍，每隔10 年就會噴發一次。他們在火山口架起數臺電波接收器，對火山進行實時監控。同時，他們運用同樣的電波接收器，對其他地方出現的雷電現象進行追蹤和記錄。他們發現，與雷雨閃電一樣，火山閃電也會發出電子脈沖。（在日常生活中，如果我們遭遇雷雨天氣，車載收音機就會變得不穩定，發出嘶嘶或嘭嘭的雜音，這些雜音就是電子脈沖帶來的干擾。）借助這些電子脈沖信號，科學家最終可以查明生成閃電的云層的工作原理。同時，科學家通過三維立體圖像還可以搞清楚閃電在火山羽狀云層中的情形。

當大量火山灰和各種碎屑從火山口高速地噴出時，人們就可以在火山口看到閃電現象。之前科學家所觀察到的火山閃電來自火山口上方的羽狀云層，后來才發現還有一些閃電其實就在噴發著的火山口生成。按照研究者的描述，火山閃電的生成大致有兩個階段。各種物質噴涌而出時，巨大的電光也隨之在火山口處出現。另有一部分閃電則順勢向上運動，沖出火山口后，在它上方充斥著各種碎屑物質的云層中，完成瞬間放電的過程。在火山羽狀云中形成的閃電外觀與雷雨閃電十分相似，有許多細小的分叉，電光亮一次的時間持續半秒左右。

1980年，位于美國華盛頓州的圣海倫斯火山噴發，有人認為生成的火山閃電引發了附近地區的森林大火。科學家在觀察奧古斯丁火山噴發時，看到閃電在羽狀云的云層間運動的場景。放電現象僅持續了約10 分鐘，但閃電次數卻多達300 次左右，科學家因此得出結論，火山閃電相當于威力巨大的夏季雷雨閃電。

在世界許多地方，大型的火山噴發通常都伴有閃電現象。研究者推斷，能否形成火山閃電可能與火山噴發的力度和火山噴發的物質等因素有關。火山噴發越猛烈，各種碎屑的運動速度就越大，就可能生成更多的閃電。在夏威夷，火山噴發時只有巖漿流，沒有碎屑物質，因而不大可能生成閃電。