闪电创造奇迹

李忠东

美国双子星天文台拍下了“红色精灵”和“蓝色喷流”两种闪电对接交织的情景。

在云层上方“跳舞”

2021年5月9日凌晨时分，我国贵阳市的上空出现了罕见的闪电——“红色精灵”。它们像绚丽的红色烟花，跳动着，盛放在高空中，虽然并不是很明亮，却让人感觉到十分壮观。“红色精灵”是地球大气层顶端的一种高空放电现象，通常出现在雷雨云的上方，人们只有

在离开雷雨天气几十千米外的地方，且觀测条件十分良好的情况下才能见到。它们的存在非常短暂，一般不会超过0.1秒，最快的甚至只有几毫秒，而且发出的光很暗淡。

“红色精灵”像绚丽的红色烟花盛放在贵阳高空中。

普通闪电是由于带电的云层之间，以及带电云层和地面建筑物或树木之间，因为电压或者电荷不同发生的电流释放现象，在电流经过的地方，空气被瞬间电离，同时释放出很大的能量，于是就出现了明亮的闪电。如果有建筑物或者树木等导电性不强的物体处于电流经过的地方，那么它们就有可能被电流击坏，产生雷击的现象。

“红色精灵”的形成机制与普通闪电完全不同，目前人们尚不明确，一般认为是雷暴云团和位于其上方的高层大气产生了电压和电荷上的差别。也有看法认为，“红色精灵”是雷雨云中的电流在向上激发的时候，与进入大气层中的一些等离子气体发生电磁反应而出现的。

“红色精灵”的上半部分呈红色，底部则渐变为蓝色，通常呈树根或者水母状，下端有很多垂下的飘带一样的丝线状物，宽度约在5到10千米内。由于其如鬼魅一般难以捉摸，因此被科学家称为“红色精灵”。1989年7月6日，这种令人难以置信的闪烁光首次被美国明尼苏达大学的科学家拍摄下来，其后，世界各地都报告了观察到的记录。2001年，我国的福建省曾出现过“红色精灵”。同年，在阿里山气象观测站，台湾成功大学物理系副教授苏宗汗及软件工程师章展诰，用高感光度的黑白CCD摄影机成功拍摄到10多个有关“红色精灵”的高清影像。

除了“红色精灵”外，还有一种更为罕见的闪电——“蓝色喷流”。它犹如一个超级大的蓝色喷射器向上发射，几乎延伸到大气层的边缘地带。这种闪电从积雨云顶部一直延伸到电离层，速度要比云对地的普通闪电快40多倍，而且表面温度极高。关于“蓝色喷流”的来源，科学界一直意见不一。欧洲航天局的宇航员安德烈亚斯·摩根森专门负责使用国际空间站的一台超高灵敏度相机拍摄活跃的雷暴情况，以便于科学家研究。国际空间站的轨道高度仅有397千米，可以时时刻刻清晰地观察到地面的变化，拍摄的影像是了解这种多彩闪电的最佳资料。2015年，安德烈亚斯·摩根森在空间站经过孟加拉湾的时候拍摄到一段奇特的“蓝色喷流”在云层上方跳舞的视频。

“蓝色喷流”是一种呈细锥形、尖峰向上的放电喷射流，从积雨云的顶端一直延伸到距离地面40～50千米的电离层。与“红色精灵”不同，它们并非直接由闪电引起，但似乎与雷暴中的强冰雹现象有关。“蓝色喷流”比“红色精灵”更亮，其蓝色可能来自氮气分子的发射光谱。1989年10月21日，它由一架经过澳大利亚上空的航天飞机初次观测到。截至2007年，国际学术界只有不到100张关于“蓝色喷流”的照片，其中的绝大多数都是在1994年由阿拉斯加大学的研究团队对“蓝色喷流”的一次观测中拍摄到的。

通常，人们在地面上观测到的闪电都是从云层传输至地面的，而“蓝色喷流”的传输方向正好相反，让许多人误以为是外星人入侵或者地球在向深空传递信号，实际上这是一种自然现象。丹麦国家空间研究所的科学家，研究了安德烈亚斯·摩根森在国际空间站上拍摄到的视频中那些难以捉摸的特征。他们在研究报告中称，在160秒的视频片段中，被观察到的“蓝色喷流”放电有245次，相当于每分钟大约有90次蓝光闪烁。巨大的“蓝色喷流”长度约为18千米，而在视频中的某个时刻，该闪电的长度达到了40千米。与此同时，研究人员还发现了“红色精灵”存在的证据。

通常情况下，“红色精灵”和“蓝色喷流”不会一起出现，绝大多数时候只有其中的一种。相较而言，“红色精灵”出现的次数会多一些。“蓝色喷流”大多只能在空间站中才能观测到。不过，据外媒《商业内幕》报道，不久前，位于夏威夷的美国双子星天文台在莫纳克亚火山附近捕获到了“红色精灵”和“蓝色喷流”对接交织在一起“亲吻”的景象，这是迄今人类拍摄到的屈指可数的两种罕见闪电同时出现的场景。

“红色精灵”像绚丽的红色烟花盛放在贵阳高空中。

“红色精灵”上半部分呈红色，底部渐变为蓝色，通常呈树根或者水母状，下端有很多垂下的飘带一样的丝线状物。

宇航员安德烈亚斯·摩根森在国际空间站拍摄到一段奇特的“蓝色喷流”在云层上方跳舞的视频。

助力地球生命诞生

多个世纪以来，寻找地球生命起源一直是科学家孜孜不倦研究的科学谜题。迄今比较一致的看法认为，地球早期经天体撞击收获了大量的外太空矿物质，主要是陨石。大部分地球上的活性磷都储藏在不可溶的矿物中，这意味着生命的出现与地外天体的撞击有关。

不过，美国耶鲁大学的一项最新研究认为，在地球生命诞生的过程中，闪电发挥的作用同样重要，所产生的闪电熔岩含有大量活性磷的陨磷铁石，其中的磷可以形成有机分子，促成地球上生命的出现。2021年3月16日，英国《自然·通讯》杂志刊载了有关这项研究的论文。作者本杰明·赫斯认为，地球生命的出现依赖于必需元素的精准调和，其中一個元素是“生物可利用磷”（或称“活性磷”），这是DNA、RNA和细胞膜脂质的一个关键成分。研究首次证明，闪电很可能是生命形成时期地球上活性磷的一个重要来源。如果大气条件有利于闪电的产生，那么生命形成所必需的元素就可以被输送到行星表面。

这一发现源于一块闪电熔岩样本，它是闪电击向地表时在瞬间高温作用下生成的一种类似玻璃的岩石，极为罕见。本杰明·赫斯在英国利兹大学就读本科时，曾经与导师研究过这块原始闪电熔岩样品。他们本来是想探明这块岩石是如何形成的，却意外发现该岩石样本含有大量名为schreibersite的罕见陨磷铁石。

在地球形成早期，天体撞击地球时把磷带到地球上。许多人猜测地球生命起源于地表浅水域，多数模拟生命起源的模型都是基于可携带少量陨磷铁石的陨石这个假设的。但是本杰明·赫斯所在的研究团队提出，磷元素大量存在于难溶于水的矿物里，与生命起源的关系相距甚远。而陨磷铁石却是个例外，可溶于水。地球早期闪电频袭，这意味着地表生命起源所需的磷不仅仅来自天体撞击。闪电可以使物体表面温度升至近2760℃，从而形成以前不存在的新矿物质，在地球上制造出闪电熔岩。他们利用一系列分光技术，检测到被闪电击中的部分富含黏土的土壤形成的玻璃状矿物中含有陨磷铁石。

在掌握了闪电可以制造富含磷的陨磷铁石的初步证据后，研究人员接下来要计算落在早期地球上的闪电是否多到足以让大量磷元素被释放到环境中。他们模拟地球早期大气条件，指出45亿年前月球形成以后天体撞击地球的次数开始减少，但闪电频发。为了估算地球在生命诞生之初的关键时期里发生了多少次闪电，研究团队还进行了计算机建模。他们发现，每年地球可能会发生10亿到50亿次这样的闪电，而其中会有1亿到10亿次击中地面。每年单是闪电就能使地球获得110～11000千克的闪电熔岩。在有水的情况下，闪电熔岩可能会释放出能够参与化学反应的磷。依据研究人员估算，大约35亿年前，因闪电生成的可溶于水的磷元素数量超过来自陨石的磷，而那段时间地球上恰恰出现了迄今已知的最早生命。

本杰明·赫斯的这项研究，并不否认陨石是地球上磷元素的一个来源，但与陨石影响随时间流逝呈指数级下降不同，闪电可以在行星历史中长期存在，向其他类地行星提供生命起源所需的磷元素。

本杰明·赫斯与导师研究过的一块闪电熔岩样本