高空中巨大的“红色精灵”

梅林

你是否知道，当滚滚雷雨云席卷天空之时，可能会看到远处的高空中如神迹般的自然奇观：几束巨大的红色“闪电群”陡然出现，又转瞬即逝。以前只有足够幸运的人才能看到这种奇幻景观，现代摄影技术的发展，让更多的人通过影像资料，得以看到这一令人震撼的天气现象。

这壮丽的瞬态发光现象（TLE），有一个活泼的名字——“红色精灵”（Red sprites）。其每一次发生时的大小和形状迥异，有像柱状流星一样划过天空，也有像深海巨怪触手条条伸展。但无论是什么形状，都比普通闪电看起来更大，通常，它会在高空中跨越50到90公里。

虽然它非常大，但持续时间却比普通闪电短，以至于很长一段时间，都被认为是人类的幻觉。从 1886年开始，便有零星的飞行员目击者报告：在高空飞行中观察到了奇异的红色闪光。但从一战到之后的几十年间，这类报告都被认为是飞行员的恐惧造成的幻觉。为什么科学家也会犯这样的错误？因为在当时，学界普遍认为强烈的大气放电活动只会发生在对流层——大气层中最靠近地面的一层，他们认为，再往上走，平流层和中间层中产生的电都是平静的。

1925年，诺贝尔奖得主、苏格兰物理学家查尔斯·威尔逊提出：在大面积雷暴的气象条件下，高层大气中可能也会发生放电现象。这一观点打破了之前的观念，但在当时，“红色精灵”这一现象还从未被人类的影像记录下来。

直到1989年，美国明尼苏达大学在准备一次火箭发射，其中有项工作便是要测试微光摄像机。测试无意间拍到了两条明亮的光柱，这成为“红色精灵”的第一张照片，极大地激发了学界的研究兴趣。在随后的几年中，研究者根据它“发红光”和“捉摸不定”这两大特点，将其命名为“红色精灵”。

1994年，美国阿拉斯加大学的研究人员利用万米高空中的飞机，通过高速微光摄像机和图像增强器，首次在雷雨云上方获得了“红色精灵”的彩色图像：一个巨大的发光空间占用了超过1万立方公里的大气！从图像上可以看到，这巨大的红色精灵主要分成三部分：最上方的光晕分布在88到95公里的高空中，中间部分的红色发光体分布在66到74公里，下方的卷须分布在40到60公里，而且这片闪光并不似肉眼可见的通体为红色，其上部是红色，向下转为紫色，最后却变成了蓝色。

伴随着影像材料的增多，学界已经对“红色精灵”多有研究。它归属于高层大气放电现象的一种，常出现于雷雨云顶层，这里距离地面约30到90公里，属于大气的中高层。它多于雷暴雨这样的极端天气中被看见，是因为雷击产生的电磁波向上扩展撞击电离层，是它出現的先决条件。

但雷暴雨天，并不一定出现“红色精灵”。因为当高空中的雷雨云向地面放电时，会形成三种现象：云间闪电、云内闪电和地闪。其中地闪是云与大地间的放电现象，也是产生雷电灾害的主要原因。地闪又分正负，只有当正地闪以每秒1万公里的速度坠落时才会产生“红色精灵”，概率只占所有地闪的十分之一。除了发生概率小，“红色精灵”的持续时间也很短。它是一种巨大却微弱的正极性流光，相当于中等亮度的极光，它持续的时间最“长”也不过几十至上百毫秒，一眨眼的工夫便消失在天际。

以前，因发生概率小、随机性强，“红色精灵”的记录成像非常有难度。火焰状红光的高空，或是如霹雳闪过的红色闪电图格外罕见。近年来，随着科学技术的发展，人们从地面观测站、飞机、空间站上已经获得了成千上万幅“红色精灵”的图像。在雷暴活动产生的白色闪光下，“红色精灵”的成像已经非常清晰。渐渐地，人们发现，高空大气中的放电现象不仅“红色闪电”这一种，还有蓝色喷流、巨型喷流、圆环状放电等。古往今来，因这些超乎想象的自然奇观，在人类世界诞生了无数传说。它们吸引着人类在科学领域的不懈探索，去探究宇宙中无穷无尽的秘密。

（编辑 陈珂玲）