天空的秘密

陳重威

盡管我們和大氣有著最親密無(wú)間的接觸，或沉浸其中，或?yàn)榱嘶钕氯ザ罂趯⑺塍w內(nèi)，但浩瀚無(wú)垠的天空還是對(duì)我們保守了很多秘密。

魅力十足的云層

構(gòu)成云的微小水滴需要有催化種子才會(huì)開始生長(zhǎng)，它們可以是礦物質(zhì)顆粒，也可能是細(xì)菌；最新的研究結(jié)果顯示，宇宙射線也可能參與了這一過程；當(dāng)更多來自太空的高能粒子碰撞大氣時(shí)就會(huì)形成更多的云層，其結(jié)果將對(duì)我們的氣候產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

在海岸線附近經(jīng)常可以見到陣勢(shì)浩大的呈蜂窩圖案的云。這種被稱為“巢室開放式”的云是天空中一道獨(dú)特的風(fēng)景。它們是在雨水將空氣射流往下驅(qū)趕到大海表面上方時(shí)形成的。每股射流接著會(huì)不斷地向外擴(kuò)散，一直持續(xù)到與其他射流相碰撞為止。在發(fā)生這種現(xiàn)象的地方，射流都會(huì)再度按蜂窩圖案升騰而起，催生出千姿百態(tài)魅力十足的云朵。

夜光云是一種形成于距地面約80千米的大氣中間層的云。這種呈半透明狀的云層由精細(xì)的冰晶組成，顏色為銀白色或藍(lán)色。夜光云看起來有點(diǎn)像卷云，但比它薄得多。這種罕見的云一般只在寒冷的高緯度地區(qū)露臉。但是，近年來，夜光云越來越多地出現(xiàn)在低緯度地區(qū)，并且越來越亮、越來越頻繁，甚至在離赤道不遠(yuǎn)的地方也能探測(cè)到它們的蹤影。科學(xué)家還不清楚這是為什么。

變幻無(wú)窮的極光

說到夜光云，是不是讓你想起了極光？實(shí)際上，它們完全是兩回事。極光是一種大氣光學(xué)現(xiàn)象。簡(jiǎn)單地說，極光就是來自太陽(yáng)的高能帶電粒子碰撞地球磁場(chǎng)時(shí)，形同漏斗般地以尖端對(duì)著南北兩極而發(fā)生的放電現(xiàn)象。出現(xiàn)在北極的叫北極光，出現(xiàn)在南極的叫南極光。極光往往突然出現(xiàn)，持續(xù)一段時(shí)間以后又突然消失。

極光通常有帶狀、弧狀、幕狀或放射狀等多種形狀。由于空氣中含有氫、氧、氮、氦、氖、氬等氣體，在帶電粒子流的作用下，各種不同的氣體會(huì)發(fā)出不同顏色的光，例如，氖氣發(fā)出紅光，氬氣發(fā)出藍(lán)光等等。因此極光的顏色豐富多彩、變幻無(wú)窮。如果有機(jī)會(huì)去黑龍江省旅游，建議你首選漠河北極村，在那里你將有機(jī)會(huì)看到五彩斑斕的北極光。

生命起源于高空？

地球上幾乎沒有什么生物能像細(xì)菌和真菌這些天空中的隱形常客那樣翱翔得如此高遠(yuǎn)。1977年，奧地利科學(xué)家在阿爾卑斯山3千米處收集到的云滴中，目睹了細(xì)菌在其中生長(zhǎng)和繁殖的情景。美國(guó)科學(xué)家在世界各地的觀察點(diǎn)都發(fā)現(xiàn)了藏身于雨和雪之中的微生物。他們認(rèn)為，微生物能在無(wú)生命的核做不到的溫度下激發(fā)結(jié)冰這一過程。但仍有很多人懷疑天空中是否有足夠的細(xì)菌能影響云的形成。為此，一個(gè)美國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在2007年駕機(jī)飛臨懷俄明州上空采集云樣。他們發(fā)現(xiàn)，三分之一的冰核中含有微生物，包括細(xì)菌和真菌孢子。

到目前為止，沒人知道有多少物種在高窄游移飄蕩，也沒人知道高空生命是如何成為可能的。正如一位美國(guó)科學(xué)家所說的，“我們對(duì)高空邊界一無(wú)所知”。為此，他的團(tuán)隊(duì)將氣球發(fā)送到中間層內(nèi)，借此探視那里是否有生命的蹤跡。目前，他們依然在整理調(diào)查的結(jié)果，但初步跡象表明，有些生命在超過60千米的高空還能夠生存。

距地面如此高遠(yuǎn)的條件，跟火星表面具有驚人的相似之處：寒冷、干燥，幾乎沒有空氣且輻射強(qiáng)烈。所以，對(duì)地球大氣層外緣的生命展開研究，可以讓我們深入了解地外生命的生存境遇。有科學(xué)家甚至認(rèn)為，原始細(xì)胞也許是在中間層的細(xì)微水滴中生成的。這些水滴或許是從隕星中汲取的營(yíng)養(yǎng)，而更為復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象則是受來自太陽(yáng)的紫外線照射而發(fā)生的。

空氣潮汐的威力

對(duì)海洋潮汐你一定并不陌生，但你是否了解空氣潮汐呢？如果說大海的沉浮起伏受制于月亮，那么，空氣海洋則是按一種更加復(fù)雜的節(jié)拍而涌動(dòng)不已。太陽(yáng)的熱量與月球的引力相結(jié)合影響著大氣的壓力和運(yùn)動(dòng)，所形成的空氣潮汐具有令人驚嘆的威力。

在我們生活的低空，空氣潮汐幾乎難以覺察。然而，隨著潮汐般的氣壓波逐漸向上翻涌，它們的能量會(huì)傳遞給質(zhì)地稀薄得多的空氣，形成更加狂暴的運(yùn)動(dòng)，不時(shí)達(dá)到颶風(fēng)的速度。在數(shù)十萬(wàn)米的上空，一次高潮能使大氣層明顯地增厚，從而加大對(duì)沿軌道運(yùn)行的衛(wèi)星的曳力。還會(huì)對(duì)無(wú)線電通信造成干擾，擾亂包括全球定位系統(tǒng)GPS數(shù)據(jù)在內(nèi)的無(wú)線電信號(hào)。

低空的空氣潮汐表面上看起來無(wú)足輕重，卻依然能使我們腳下的大地發(fā)生位移。美國(guó)科羅拉多州就有大塊帶泥土的巖石正在緩慢地向山下滑動(dòng)，地質(zhì)學(xué)界稱之為“礦泥滑行”。美國(guó)地質(zhì)學(xué)家的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其滑動(dòng)速度同空氣潮汐密切相關(guān)；因?yàn)槌毕珪?huì)造成氣壓失衡，改變山崩處底層泥土顆粒問的接觸壓力。

閃電仍是難解之謎

人類的祖先曾對(duì)閃電充滿敬畏之心，雖然我們現(xiàn)在確信閃電不是諸神手中揮舞的一件武器，但閃電對(duì)于現(xiàn)代科學(xué)來說仍然是個(gè)難解之謎。謎團(tuán)之一在于，雷電云是如何變得如此高度荷電的？最合理的解釋是：當(dāng)細(xì)小冰粒與形體較沉被稱為霰的雪泥團(tuán)之間發(fā)生碰撞時(shí)，往往會(huì)傳遞電荷，但這一過程在真實(shí)云層中的作用并沒有得到證明。更大的謎團(tuán)在于，當(dāng)空氣是電絕緣體時(shí)，雷霆閃電的巨大電流究竟是如何開始流通的？讓空氣經(jīng)過分解而形成導(dǎo)電的等離子是可能的，但這需要大于每米100萬(wàn)伏的超強(qiáng)電場(chǎng)。氣象學(xué)家曾將數(shù)以百計(jì)的攜帶儀器的氣球和火箭發(fā)送到雷電云中，為的是測(cè)試那里的局部條件；但他們迄今見到過的最強(qiáng)電場(chǎng)只有所需值的十分之一左右。

閃電也許需要某種催化劑才會(huì)一泄為快？有科學(xué)家認(rèn)為，宇宙射線參與了催化過程。正是這些來自太空的帶電粒子使空氣得以電離，產(chǎn)生呈錐形的自由電子射叢，為開始流通的電流創(chuàng)造了必要的條件。但至今仍沒有確切的證據(jù)能證明宇宙射線是雷霆閃電的始作俑者。

“黑暗閃電”是存在的

盡管“黑暗閃電”的名字聽起來更適合“科幻小說，但是研究人員最近收集到的證據(jù)顯示，這種閃電是存在的。事實(shí)上，科學(xué)家直到上世紀(jì)90年代才第一次發(fā)現(xiàn)這種由X射線與伽瑪射線組成的黑暗閃電。與普通閃電類似，黑暗閃電也形成于雷云之中，并通過與普通閃電展開“競(jìng)爭(zhēng)”才獲得釋放能量的機(jī)會(huì)。

盡管無(wú)人準(zhǔn)確知曉，但也許有人以前就曾被黑暗閃電擊中過，很有可能是在乘坐飛機(jī)的時(shí)候。但這種可能性并不大，因?yàn)轱w行員往往對(duì)雷暴敬而遠(yuǎn)之，而且黑暗閃電的數(shù)量要比普通閃電少得多。如果被黑暗閃電擊中，飛機(jī)上的乘客可能既聽不到也感覺不到。據(jù)科學(xué)家估計(jì)，他們吸收的輻射量相當(dāng)于一生中可以接收的安全輻射總量。

地震光與地震云

幾百年來，一直有人報(bào)告在地震前夕或期間，天空中出現(xiàn)詭異離奇、兇險(xiǎn)不祥的閃光、火花，甚至是吞噬地面的火焰。據(jù)說，1746年，秘魯圣洛倫索島上搖曳閃爍的火焰令典獄長(zhǎng)驚駭不已，他當(dāng)即下令釋放了所有在押的犯人，好讓他們一起留神察看。3個(gè)星期后，一場(chǎng)大地震襲擊了附近的利馬，引發(fā)的海嘯洗劫了這個(gè)方圓5千米的小島。

地震光是如何形成的尚不清楚。有科學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)?shù)貧ぶ械膸r石受到擠壓時(shí)，會(huì)形成往上向地表傳播的脈動(dòng)電荷；巖石變得猶如蓄電池似的產(chǎn)生出巨量電荷。雖然這個(gè)過程只是產(chǎn)生低電壓，但電荷會(huì)在地表形成一個(gè)超薄層。正因?yàn)殡姾杉性跇O狹小的間距內(nèi)。因此會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)大的電場(chǎng)，也許足以使空氣電離而發(fā)生由地表向上空傳播的熠熠閃爍的放電現(xiàn)象。

地震光是如此的罕見，因此很難證實(shí)上述解釋的正確性。美國(guó)科學(xué)家正通過設(shè)置攝像網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理中心來監(jiān)測(cè)類似的現(xiàn)象。他們希望這個(gè)系統(tǒng)與衛(wèi)星成像技術(shù)配合，有朝一日能提供近似于氣象預(yù)報(bào)的地震警示。

光或許不是大地震迫在眉睫的唯一空中預(yù)兆。2004年，在伊朗斷層線上方的云中出現(xiàn)了一個(gè)奇特的直線型缺口。69天以后，一場(chǎng)地震接踵而至。2005年缺口再度形成，這一次的地震是在6天以后發(fā)生的。