球形闪电之谜

林之森

多少个世纪以来，关于球形闪电的奇闻层出不穷。据调查，在150个人当中，至少就有1人自称亲眼见过球形闪电。绝大多数见过的人都把它描述成一个球形的发光体，大小从网球到气球不等；一般在雷暴天气出现；会滚动、弹跳、漂浮；运动时发出嘶嘶的声音；能把玻璃熔化，把所过之处的一切化为灰烬；存在时间极短，消失得很快；消失时，在有些情况下会伴随着小小的爆炸……

尽管从报道来看，球形闪电并非总是那么吓人，但不可否认，历史上也确实有人被它击死过。最著名的一例是一位名叫乔治·里奇曼的德国物理学家。此人是与富兰克林同时代的一位电学研究的先驱。1753年，他在圣彼得堡做避雷针实验时，不幸被一个球形闪电击死。

球形闪电如此诡异，并且又很难研究。它在何时何地出现是完全不确定的，即使出现，持续时间也只有短短数秒。很多时候，没等你拿出相机，它就消失了。由于缺乏细致的观察，所以关于其成因的解释也五花八门。有的说是带电的陨石，有的干脆认为是由雷暴天气磁场异常诱发的人的幻觉。

■ 光谱仪在野外捕捉到球形闪电

2012年，我国西北师范大学的两位研究人员带着相机和光谱仪，正在青海的高原上观察一次雷暴。纯粹出于巧合，他们用光谱仪记录下了一次球形闪电事件。当时，一个霹雳击中了地面，闪电过后，从离他们900米远处的地上升起一个直径大约5米的球形闪电。球形闪电在空中移动了15米，1.64秒后消失。在这段时间，球形闪电平均移速是8.6 米/秒。这是科学家首次利用光谱仪在自然界中捕捉到球形闪电的身影。

2014年，他们公布了那次观测的结果。光谱分析表明，球形闪电中所含的元素成分跟土壤中的元素基本一致，主要是硅、铁和钙。这个发现强烈支持了由新西兰物理学家约翰·阿伯翰生提出的一个关于球形闪电形成的理论。

2000年，阿伯翰生提出猜想：当闪电击中地面时，突如其来的巨大热量使得土壤的主要成分二氧化硅迅速汽化，冲击波进一步把蒸气吹到空中。如果土壤中恰好又含有碳——这种情况其实很常见，枯枝败叶在土壤中比比皆是——那么，由于碳比硅更活泼，它就从二氧化硅中抢走氧元素，形成二氧化碳，剩下纯净的硅蒸气。但是大气中并不缺少氧元素，所以这团高温的硅蒸气在空中又迅速被氧化，生成二氧化硅，并释放出大量的热。这个过程可让这团球形的蒸气在极短的时间内发出炽热的光芒，此即球形闪电。

■ 在实验室制造球形闪电

其实，早在这次意外收获之前，这个关于球形闪电成因的理论已获得实验的支持。2007年，一位巴西科学家根据该理论，用高压电极电击硅芯片，在实验室制造出了球形闪电。跟自然界中的球形闪电同一个道理，电击让硅汽化，形成了硅蒸气。硅蒸气在空气中又迅速氧化，这过程释放出大量的热。

实验室制造出的球形闪电大约有高尔夫球般大，看起来像毛绒绒的球，发着光，滚动着，电光四射。它们在实验室的地板上滚来滚去，有时候会弹跳起来，所有可燃物质跟它们接触，都会被焚烧殆尽。实验室球形闪电大多数寿命只有2秒～5秒，没有自然界的球形闪电长命。

根据阿伯翰生的理论，除了硅，还有很多其他物质也可以形成球形闪电，包括铝、铁等金属。因为这些金属在氧化时，也会放出大量的热。据过去的报道，一些球形闪电出现在飞机周围，这或许就跟飞机外壳是铝合金做的有关。推而广之，当闪电击中用电设施、金属圆柱或屋顶的一些材料时，都可能制造出球形闪电。有时候，甚至不需要雷暴诱发，地震释放出的热量，都可能诱发球形闪电。

这样，这个关于球形闪电成因的理论，至此不论在野外观察还是室内实验中，都得到了印证。endprint