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葛庄

无人知晓确切成因,2012年才有第一次科学记录

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科技日报记者 付丽丽

进入夏季,雨水增多,打雷打闪是再平常不过的天气现象了,但是你知道有一种闪电荣登地球未解之谜的行列吗?那就是球状闪电,它神秘莫测让人难以捉摸,总是神出鬼没地出现在世界的某个角落。很多年来科学家们愣是没搞清楚它产生的原理。

无人知晓确切成因,2012年才有第一次科学记录

视觉中国

正因为神秘,科幻作家刘慈欣才以其为题材写就了长篇小说《球状闪电》。小说中,讲述了在一个离奇的雨夜,一颗球状闪电闯进了一个原本温暖的三口之家。闪电极速前进,眨眼间将少年的父母化为灰烬,少年与父母阴阳两隔,命运被瞬间改写。从此,心存不甘的少年用其一生的时间,试图揭开这个让他在懵懂的年龄变得孤独而无助的自然之谜……

神出鬼没的球状闪电

五颜六色、十分罕见,会突然爆炸也会安静消失

“球状闪电,老百姓俗称滚地雷。这是一种真实的物理现象,通常在雷暴时发生,它十分明亮,直径约15至40厘米不等。”象辑科技气象技术专家欧波告诉科技日报记者,球状闪电通常仅维持数秒,但也有维持1至2分钟的记录。颜色除常见的橙色和红色外,还有黄色、紫色、蓝色、亮白色、幽绿色的光环,色彩多种多样。

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室副主任吕伟涛也表示,球状闪电是自然界中一种非常罕见的物理现象,与生活中常见的云间闪电和云地闪电相比,球状闪电因为非常少,所以很难观测到,对球状闪电的记录大多都是目击者的表述。球状闪电通常伴随雷暴天气中的云地闪电发生,有时是静止的,但大部分会水平移动。它会突然爆炸,也会安静地消失,有些会伴随着臭味和烧焦味。

记者查询资料发现,根据已有记载,历史上首次发现球状闪电是在1638年,英国圣潘克拉斯教堂正在举行礼拜仪式,突然一个直径大约2.4米的大火球破墙而入,在教堂中乱串,破坏了窗户玻璃和桌椅,教堂里充斥着浓烈的黑烟和熏人的硫磺气味,导致4名教区居民当场死亡,约60人负伤。

在国内,2012年,兰州西北师范大学的研究人员在一个雷暴天气绘制辐射地图时,用光谱设备意外地捕捉到一次球状闪电。他们发现,一个发光球体缓慢地从地面探出“超大号脑袋”,直径约5米,闪现2秒,在地面极速穿梭15米就销声匿迹。这被认为是自然界球状闪电的第一次科学记录。

形成原因学界莫衷一是

由聚合体细丝、硅纳米微粒还是小水滴组成尚无定论

球状闪电的真身难得一见,而它到底来自何处就更难说清。

“关于球状闪电的产生原因,科学界还没有明确统一的答案。其中,一方面是因为个例过少、难以发现,另一方面则缘于人类对自然认知和手段的局限等。”欧波说。几十年来,关于球状闪电产生的原理,陆续有科学家提出了一些研究推测。

早在1955年,苏联物理学家便提出球状闪电是雷暴中产生的电磁干扰效应引起的。1998年,一位西班牙物理学家认为,球状闪电的成因并不神秘,很可能是闪电产生过程中,磁场约束发光等离子体形成。按照这一理论,球状闪电绝大部分较冷,但在沿磁力线方向局部温度则极高。研究人员指出,据此就可很好地解释为什么球状闪电并不发热而触到物体后往往容易着火。

2000年,两位新西兰科学家提出,当一般的枝状闪电击到土壤中,土壤中的矿物质会转换成纳米纯硅和硅化合物颗粒。这些尺寸不足十分之一微米的微型颗粒,会在闪电的能量作用下由土壤蒸发进入大气。这一过程,就像抽烟者从嘴中吐出烟圈。进入大气的含硅颗粒会首先连接成链,然后组成能随气流运动的球状细丝网。该球状细丝网中的颗粒具有很高活性,会在特定条件下缓慢燃烧,并释放出光和热而形成所谓球状闪电。使用光谱设备抓住了球状闪电的兰州西北师范大学研究人员,识别出构成球状闪电的主要元素包括铁、硅、钙,其成分与土壤的主要成分相同,也认为球状闪电是由于普通闪电与地面相互撞击而引发的,当闪电击中土壤或岩石时,闪电的能量瞬间蒸发土壤中的二氧化硅,再以某种方法将氧气从二氧化硅中分离出去,得到相对纯净的硅蒸气,球形的硅蒸气再次与空气中的氧结合产生热量,迸发出光亮。

2002年1月15日,英国皇家学会在其学术杂志《哲学学报》的专刊上发表了一组有关球状闪电的文章。这些文章包括3种球状闪电成因理论。

2002 nian 1 yue 15 ri, ying guo huang jia xue hui zai qi xue shu za zhi zhe xue xue bao de zhuan kan shang fa biao le yi zu you guan qiu zhuang shan dian de wen zhang. zhei xie wen zhang bao kuo 3 zhong qiu zhuang shan dian cheng yin li lun.

第一种理论认为,球状闪电是由含有水合离子的小水滴组成的,它通过离子反应来释放能量。在这个理论中,球状闪电是一个包含等离子体的电化学结构,这一结构是由温度、压力、电磁场和重力场的微妙平衡来维持的;第二种理论认为,球状闪电是由聚合体细丝缠绕而成,通过表面放电来释放能量。在该理论中,灰尘中的自然微粒,像来源于纤维素、煤烟或硅土中的微粒都能形成细丝状结构,这些细丝聚合起来就变成了一个高度充电的球体,当它表面放电时,就发出了光和热;第三种理论认为,球状闪电是由金属纳米粒子链构成,其能量释放是通过金属纳米粒子的表面氧化来进行的。在这个理论中,普通的闪电能引起像土壤或木材这样的物质释放金属蒸气,这种带电的金属蒸气浓缩成一个网状的金属纳米粒子球。

“上述3个理论都有一定的道理,特别是第三个理论,可以解释为什么球状闪电能够穿过墙壁和关着的窗子,似乎更有说服力。”欧波说。

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球状闪电危害极大防范困难

普通闪电持续时间一般为几十微秒,球状闪电却可持续几秒甚至几分钟。到底是怎样一股力量让它的寿命异于普通闪电,至今科学家们依然没有定论。但毫无疑问地是,球状闪电的危害是极大的。

“它可以随气流起伏,也可以随着带电的空气团流动。它可以进入室内,常见的是穿过烟囱后进入建筑物。它甚至可以在导线上滑动,有时会悬停,有时会无声消失,有时又会因为碰到障碍物爆炸。由于行踪不定,所以球状闪电的危害较大。”欧波说。

来无影、去无踪,生活中,公众究竟该如何防范球状闪电呢?

对此,吕伟涛表示,由于球状闪电本身非常罕见,对其危害性的观测和研究很少,所以并没有特别好的防范方法。

欧波认为,球状闪电是雷暴天气时大气集中放电的一种现象,只不过与一般的枝状闪电相比,它的形状更为独立,移动更为特殊和不规则,因此防范起来有很大的困难。主要的防范办法还是在雷电天气下注意做好自身防护,如不要停留在空旷地带,尽量不要开车和接打电话,身处室内关闭门窗、关闭电源,远离无防雷措施的建筑物等。

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发布时间:01:37:23


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(责任编辑: HN666)

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