球狀閃電之謎

“忽從鮑頂看光芒，難解火球發(fā)空花?！彼亲匀唤缰械囊环N奇異現(xiàn)象。有時(shí)，它能穿過玻璃窗而元任何損壞的痕跡；有時(shí)，它又會(huì)把玻璃打碎；有時(shí)，它可以飄進(jìn)建筑物內(nèi)；有時(shí)。它還會(huì)進(jìn)入飛機(jī)艙內(nèi)；有時(shí)，它可以在導(dǎo)線上滑動(dòng)。遇人遏物后即發(fā)生爆裂，造成傷亡、火災(zāi)等事故……盡管人類在近半個(gè)多世紀(jì)中記錄到了4000多次球狀閃電現(xiàn)象，卻幾乎沒有掌握它的任何可靠數(shù)據(jù)。

2006年5月25日凌晨2時(shí)許，北京朝陽(yáng)區(qū)十八里店村一家制作茶幾的木料加工廠遭到一場(chǎng)特殊的雷擊，一排20間的木料房全部燒毀。作為這場(chǎng)事故的目擊’者，一名木工講述了當(dāng)時(shí)的情景。他回憶到，一團(tuán)火球似的亮光從西向東飄到了木料房的最東側(cè)，隨后就聽到一聲驚雷的巨響，木料房就這樣被點(diǎn)燃了。通常，在雷電交加的暴風(fēng)雨之夜，我們看到的閃電都是直線形的，更準(zhǔn)確地說，是帶有分叉的“樹枝”形狀，我們叫它“枝狀閃電”。然而在某些情況下，也會(huì)出現(xiàn)球形的閃電，也就是氣象學(xué)家所說的“球狀閃電”。它的出現(xiàn)有時(shí)是一場(chǎng)虛驚，但有時(shí)卻在瞬間制造災(zāi)難。

難以捉摸的球狀閃電

關(guān)于球形閃電這種奇特的自然現(xiàn)象，我國(guó)古代就有過記載。北宋著名科學(xué)家沈括(1031－1095年)在《夢(mèng)溪筆談》中，記述了一次球形閃電的實(shí)況，描述了暴雷運(yùn)行的過程。球形閃電自天空進(jìn)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(nèi)木架子以及架內(nèi)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(zhì)極堅(jiān)硬的寶刀竟熔化成汁水。令人費(fèi)解的是，用竹木、皮革制作的刀鞘卻完好無損。上述奇異現(xiàn)象，令沈括及歷代科學(xué)家們無法做出準(zhǔn)確解釋，成為歷史上的一個(gè)懸案。

人們對(duì)球狀閃電的探索僅有250多年的歷史，目前能夠找到的最早一份記錄是科學(xué)家里奇曼在1953年試圖重復(fù)富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)時(shí)的不幸遇難。當(dāng)時(shí)，一個(gè)拳頭般大的淡藍(lán)色火球離開他實(shí)驗(yàn)室的避雷針，無聲無息地飄浮到他的臉上，接著發(fā)生了一聲爆炸——這位科學(xué)家便倒下了!在他的前額上留下了一個(gè)紅斑，在他的一只鞋底上打穿了兩個(gè)洞眼，這可能是有史以來第一個(gè)因?yàn)榍驙铋W電而獻(xiàn)出寶貴生命的科學(xué)家。幾百年來，人們一直在努力追蹤它們的蹤跡，試圖測(cè)量其物理性質(zhì)。19世紀(jì)一些最優(yōu)秀的物理學(xué)家都對(duì)球狀閃電進(jìn)行過細(xì)致的研究，包括法國(guó)。的弗朗西斯·阿拉貢、英國(guó)的邁克爾·法拉第、美國(guó)的尼古拉·特斯拉以及諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、俄國(guó)著名物理學(xué)家卡皮扎。但遺憾的是，進(jìn)展始終不大。人們關(guān)于球狀閃電的知識(shí)仍然十分匱乏。這不難理解：因?yàn)樗癯龉頉]，沒人能預(yù)測(cè)出它會(huì)在何時(shí)何地出現(xiàn)，它可不會(huì)老老實(shí)實(shí)地跑進(jìn)擺滿測(cè)量?jī)x器的實(shí)驗(yàn)室里去。科學(xué)家們能做的只是收集來自世界各地目擊者的觀測(cè)報(bào)告，從中歸納出一些普遍特點(diǎn)——球狀閃電，也叫等離子體火球，俗稱滾地雷(以下簡(jiǎn)稱火球)，多發(fā)生在雷雨天的枝狀閃電之后或地震前后，晴天里也時(shí)有出現(xiàn)。根據(jù)大量的火球觀測(cè)資料，火球的一般性質(zhì)可概括如下：

●形狀：火球的形狀多為球形，也有橢球形、梨形、紡錘形、帶形、盾形、栓形及螺旋形等。

●直徑：火球的直徑一般為幾厘米到幾十厘米，但也有小于1厘米和大到幾米的。

●顏色：兩種最常見的顏色是白色和橘黃色，其他較常見的顏色有紅色、黃色、綠色、藍(lán)色以及紫色等。銀色和黑色很少見。

●速度：可從靜止到難以想象的高速(每小時(shí)2萬多千米，但這種情況不是在雷暴中)，一般速度約為每秒5米，即每小時(shí)18千米。

●聲音：極少情況下會(huì)產(chǎn)生噼哩啪啦或咝咝的聲音。

●結(jié)構(gòu)：似乎是某種等離子體或云霧狀物質(zhì)，有的球狀閃電中心是透明的，有的是中空的，或根本沒有明顯的固定結(jié)構(gòu)，有些球狀閃電似乎處在動(dòng)態(tài)的變化中。

●氣味：目擊者說有燒焦或硫磺的氣味，還有說有時(shí)有氨水或臭氧的氣味。

●亮度：球狀閃電一般都像路燈一樣亮。它們有時(shí)白天即可見到，但人們通常是夜間見到它們照亮了大地。

●溫度：火球有冷熱之分。有些火球當(dāng)人靠近它時(shí)不覺得熱，而有的火球則有高熱輻射，甚至引起火災(zāi)。

●壽命：火球的壽命一般為幾秒，個(gè)別的可長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，而普通枝狀閃電的壽命不到1秒。

●運(yùn)動(dòng)軌跡：球狀閃電往往沿“之”字形的路線行走，靈巧地躲避各種障礙物，有的掉在地上還能像皮球一樣反彈起來。實(shí)際上，火球有飄動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)形式。在天空中首先看到的是那些直接向下降落的火球，其中有些在接近地面時(shí)突然改變方向，再沿水平方向移動(dòng)；在地面附近的多數(shù)火球的運(yùn)動(dòng)軌跡是彎曲的；有些火球在短時(shí)間內(nèi)能靜止不動(dòng)地懸在空中，然后又突然離去。

●出現(xiàn)地點(diǎn)：可以是街道、煙囪、室內(nèi)，甚至飛機(jī)座艙里!如1984年，一架客機(jī)正在前蘇聯(lián)上空正常飛行，突然一個(gè)不速之客——球狀閃電出現(xiàn)在機(jī)艙里，它掠過乘客的頭頂，飛到機(jī)尾，突然分裂成兩團(tuán)半月形的閃電消失了，只在機(jī)艙壁上留下了兩個(gè)大洞。

●引發(fā)現(xiàn)象：許多火球無聲無息地消失，但相當(dāng)一部分火球在消失時(shí)發(fā)生爆炸，甚至損壞建筑物，造成人畜傷亡。比如1849年，幾位巴黎市民目睹了一個(gè)紅色的球狀閃電在半空中飄浮，突然間爆炸開來，向四面八方發(fā)出刺眼的光，隨即在附近一堵墻上轟開了一個(gè)炮彈大小的洞。多數(shù)火球出現(xiàn)時(shí)伴有強(qiáng)烈的電磁效應(yīng)。火球能使電器設(shè)備燒毀短路，甚至造成嚴(yán)重的停電事故。火球喜歡沿導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，能使金屬熔化?；鹎蚵淙胨心苁勾罅康乃序v。

人們注意到：每當(dāng)球狀閃電消失以后，往往會(huì)出現(xiàn)淺褐色的煙霧并有一種相當(dāng)強(qiáng)烈的清新味道。根據(jù)已知?dú)怏w的性質(zhì)可以判斷，淺褐色的煙霧可能是二氧化氮，而有清新氣味的可能是臭氧。1965年前蘇聯(lián)的大氣物理學(xué)家德米特里耶夫的巧遇證實(shí)了這種判斷。這年夏天，他到奧涅加河邊度假。一天傍晚，下了一場(chǎng)暴雨，德米特里耶夫上站在帳篷旁觀賞自然景色。一會(huì)兒，空中出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)大的閃電，1分多鐘后，突然在他面前出現(xiàn)了一個(gè)淡紅色的火球，火球在離地面大約1.5米的高度向他慢慢滾來，邊滾邊放出黃色、綠色和紫色的小火花，同時(shí)發(fā)出噗噗的聲音。當(dāng)火球滾到他跟前時(shí)就上升，并且在空中一動(dòng)不動(dòng)地停留了幾秒鐘，然后又向樹叢滾去，轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去，最后熄滅了。職業(yè)的本能驅(qū)使德米特里耶夫立即撲向自己的背包，從中取出燒瓶，在他手夠得著的高度上，采集了球狀閃電所經(jīng)過之處的空氣樣品。然后他在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)這些空氣樣品進(jìn)行分析，結(jié)果表明樣品中臭氧和二氧化氮的含量大大超過了正常值。

雖然科學(xué)家對(duì)球狀閃電進(jìn)行了大膽合理的試驗(yàn)，但對(duì)于這些化學(xué)變化中，是什么物質(zhì)引起形成的自然現(xiàn)象呢?依然一籌莫展，拿不出有力的結(jié)論。

問題即是化了妝的答案

球狀閃電的成因到底是什么?直到20世紀(jì)80年代后期，以1988年7月在東京召開的首屆球狀閃電國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議為標(biāo)志，對(duì)球狀閃電的研究才有迅速進(jìn)展?，F(xiàn)在，日本、英國(guó)、俄羅斯和中國(guó)都有了球狀閃電研究組織，世界各國(guó)收集的火球目擊報(bào)告超過萬例。日本、美國(guó)、荷蘭、以色列和德國(guó)等國(guó)還在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做出過各種球狀閃電。

法國(guó)巴黎天文臺(tái)的物理學(xué)家卡鮑格納尼是研究球狀閃電領(lǐng)域的權(quán)威。他說：“目前主要有兩個(gè)理論解釋它們。其一是傳統(tǒng)理論，是由俄國(guó)物理學(xué)家卡皮扎提出的。該理論認(rèn)為，球狀閃電是雷雨時(shí)由普通閃電激發(fā)的。在閃電的作用下，電荷在空氣中聚集在一點(diǎn)，產(chǎn)生了會(huì)發(fā)光的旋渦狀高溫等離子體。在其內(nèi)部，高速旋轉(zhuǎn)的離心力與外部的大氣壓達(dá)到平衡，因而能夠維持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性?！币簿褪钦f，球狀閃電就是雷雨天氣中產(chǎn)生的等離子體團(tuán)。等離子體不同于人們熟知的圓體、液體、氣體三態(tài)，是物質(zhì)存在的另外一種形態(tài)。日常生活中的等離子體并不多見，但在茫茫宇宙中，以等離子體形態(tài)存在的物質(zhì)卻占到了物質(zhì)總量的99％以上。我們賴以生存的太陽(yáng)，就是一個(gè)巨大的等離子體團(tuán)，其內(nèi)部每時(shí)每刻都在發(fā)生劇烈的、核聚變反應(yīng)——四個(gè)氫原子核融合成一個(gè)氮原子核，同時(shí)生成大量的光和熱。在地球上，科學(xué)家們也在日復(fù)一日、年復(fù)一年地工作，試圖在精密的儀器中重現(xiàn)太陽(yáng)上等離子體發(fā)生的核反應(yīng)，通過模擬核聚變，源源不斷地獲得’能量。一旦這項(xiàng)技術(shù)走向成熟，人類面臨的能源短缺問題將有望徹底得到解決。

目前已經(jīng)獲得了一些可喜的進(jìn)展：2006年3月，在美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室中，科學(xué)家們使用一臺(tái)名叫Z－Machine的實(shí)驗(yàn)裝置，生成了20億度的等離子體——這是在地球上從未達(dá)到過的溫度，甚至比太陽(yáng)核心的溫度還要高數(shù)十倍。在如此高的溫度下，物質(zhì)的形態(tài)是怎樣的?具有哪些性質(zhì)?這些問題甚至連打破這一記錄的科學(xué)家們自己也還沒完全弄清楚。2002年，兩位澳大利亞物理學(xué)家約翰·亞伯拉罕森和詹姆斯·迪尼斯提出了另外一個(gè)理論，即閃電擊中了地面，在高溫下，地面上物質(zhì)迅速地蒸發(fā)、汽化，生成了一種非常小的“微米顆?！?，其大小比一根頭發(fā)絲的直徑還要小幾百到幾千倍，在微米量級(jí)上。由于靜電力的作用，這些微米顆粒相互吸附在一起，并且能夠生成極細(xì)的纖維。這些纖維與空氣中的氧氣接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)生成光和熱，這樣就形成了球狀閃電的外觀。除了上面兩種理論以外，還有脈澤孤立子理論。這種理論認(rèn)為球狀閃電是由地球大氣層中的脈澤輻射引起的。脈澤輻射的原理和激光是相同的，只不過發(fā)生在微波波段，而不是可見光波段。在空氣體積很大時(shí)，脈澤輻射會(huì)產(chǎn)生一個(gè)局部范圍內(nèi)的強(qiáng)電場(chǎng)，我們叫它“孤立予”，這很可能就是雷雨天人們看到的球狀閃電。

然而，宇宙之謎的深邃總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類的智慧，這些理論和模型都只能解釋球狀閃電的部分性質(zhì)——這仍不是最終答案。

選自《科學(xué)世界》