瘦成一道閃電？你可能沒見過胖成球的

2021-03-02 17:42

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

原創(chuàng) 萬物把科學(xué)帶回家

撰文沈夢溪

從人類有文明以來，我們就不斷觀測著世界上的各種自然現(xiàn)象，從雨水、冰雹、龍卷風(fēng)、閃電這種氣候現(xiàn)象，到日食、月食等大型天文現(xiàn)象。經(jīng)過長時間的觀測和記錄之后，到了現(xiàn)代，我們對于其中絕大部分的現(xiàn)象都能夠進(jìn)行完美的科學(xué)解釋，但是其中有一種現(xiàn)象從一千多年前就被記錄了下來，我們至今仍未能搞清楚它的發(fā)生原因，這種現(xiàn)象就是球狀閃電。

疑似出現(xiàn)在西伯利亞的球狀閃電圖/Youtube視頻截圖

我們?nèi)祟惡茉缰熬桶l(fā)現(xiàn)了球狀閃電的現(xiàn)象，古希臘時期就有這方面的記錄，而且也記錄到了球狀閃電穿越墻壁從戶外竄進(jìn)室內(nèi)的現(xiàn)象。在中國，比較早的關(guān)于球狀閃電的記錄來自于大名鼎鼎的北宋學(xué)者沈括，他在《夢溪筆談》中就記錄了一個關(guān)于球狀閃電的故事：北宋一個叫做李舜舉的官員，有一次球狀閃電進(jìn)了他家里，他家人以為屋子會被雷給燒毀，但是并沒有，屋子里面只有金銀銅鐵器這些金屬器物被球狀閃電熔毀了，其它的家具都好端端一點都沒有燒灼的跡象，他家有把寶刀插在刀鞘里面，結(jié)果刀身被熔成了鐵水，但刀鞘居然完好無損。此外，明朝著名人物張居正也記錄到過一個綠色的球狀閃電穿越他家墻壁，最后飄飄蕩蕩沒入廚房的水缸中。

1901年的一次球狀閃電從窗外進(jìn)入室內(nèi)的目擊事件記錄圖/Wikipedia

我們?nèi)粘Ｒ姷降拈W電都是線狀閃電，初高中的物理知識也告訴我們，閃電的形成是由于云層下方帶有大量負(fù)電荷，地面帶有正電荷，正負(fù)電荷相互吸引，擊穿空氣形成的。但是，這種情況下所形成的閃電基本上都是放射狀或者是線狀的，絕無可能出現(xiàn)球狀。

常見的閃電絕大多數(shù)都是線狀或是放射狀的圖/Pixabay

到了現(xiàn)代，由于信息溝通的便捷，人們記錄到的球狀閃電現(xiàn)象也越來越多，不僅在戶外田野中，房屋里，甚至在飛機上都發(fā)現(xiàn)過球狀閃電，民間的傳聞多如牛毛，正式的科學(xué)報告也數(shù)不勝數(shù)。從這些目擊報告中，科學(xué)家們歸納出來了球狀閃電的一些特征：

首先，球狀閃電的出現(xiàn)與普通閃電息息相關(guān)，一般出現(xiàn)在閃電或是雷暴之后，它們的尺寸在10厘米到數(shù)十厘米之間，只有極少數(shù)情況才能到達(dá)米級，而且顏色各異，綠色、藍(lán)色、紫色、白色、紅色等都可能出現(xiàn)。

球狀閃電的出現(xiàn)與閃電息息相關(guān) 圖/Youtube視頻截圖

球狀閃電的顏色也很多樣圖/Youtube視頻截圖

其次，球狀閃電既可以出現(xiàn)在戶外，也可以突然出現(xiàn)在室內(nèi)，或者能夠穿越玻璃窗戶從室外進(jìn)入室內(nèi)；

另外，這個小東西它會飛，有時候在空中一動不動，有時候則能漂浮著亂竄，這里的亂，真的是字面意義上的亂——它的運動方式經(jīng)常不講基本法，與氣體熱對流的行為不一致！明明外面狂風(fēng)大作，它卻能勻速筆直的穩(wěn)定前進(jìn)，有時候明明在室內(nèi)一點風(fēng)也沒有，但是卻能夠以蛇皮走位竄來竄去。

疑似運動中的球狀閃電記錄圖/Youtube視頻截圖

不過，就目前的目擊事件來說，球狀閃電的危害性似乎比閃電要小一些，國內(nèi)外球狀閃電擊中人之后，極少發(fā)生死亡事件，大多只是燒傷，并很快就恢復(fù)了。在2006年，南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院燒傷科就報道過一例因球狀閃電而燒傷的情況：一個15歲少年在室內(nèi)勞作，在室外的天空中出現(xiàn)了電閃雷鳴之后，一團(tuán)直徑約10厘米的球狀閃電突然出現(xiàn)，并從他的右腿褲管處鉆入，然后這個少年頓時下肢麻木，意識喪失，被送進(jìn)了醫(yī)院。當(dāng)然，幸運的是，他受傷并不嚴(yán)重，很快就被治愈了。

球狀閃電的這些奇異之處讓它蒙上了一層神秘的面紗，中國著名科幻作家劉慈欣就曾經(jīng)寫過一本科幻小說《球狀閃電》，在這本小說中，人們在將球狀閃電研究透徹之后，甚至以球狀閃電作為武器應(yīng)用到戰(zhàn)場之上。

《球狀閃電》是一本非常優(yōu)秀的科幻小說，2018年甚至出版了英文版面向海外發(fā)行圖/bookidote.com

但是可惜的是，由于球狀閃電現(xiàn)象極為罕見，我們未能拿到足夠的觀測樣本，雖然網(wǎng)上流傳的視頻和圖片很多，但是絕大部分真假難辨，也不太具有科研價值。

一直到2012年，才有科學(xué)家提出一個有科學(xué)根據(jù)的球狀閃電形成理論：氣化硅理論。這個理論認(rèn)為球狀閃電的形成是由于閃電集中地面以后，極高的能量將土壤中的硅元素加熱氣化，氣化的硅元素呈團(tuán)狀與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，于是釋放出光和熱，這就形成了我們所見到的球狀閃電。科學(xué)家們甚至在實驗室中模擬出了這個過程：

氣化硅理論制作出來的光球圖/Youtube視頻截圖

但是這個理論也有很大的缺陷，那就是在這個理論中，氣化硅團(tuán)無法穿越玻璃，而且也會受到氣流的影響，無法產(chǎn)生狂風(fēng)中無動于衷或者是無風(fēng)下蛇皮走位的種種特效。

不過，到了2014年，中國科學(xué)家在甘肅拍攝到了世界上第一份被科學(xué)界公認(rèn)的球狀閃電視頻。通過對這個球狀閃電的光譜分析，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)其中確實有硅的光譜，這至少說明球狀閃電確實是由于閃電擊中地面后產(chǎn)生的。

中國科學(xué)家利用高速攝像機拍攝到的球狀閃電及其光譜，左邊為球狀閃電，右邊為其光譜圖/J. Cen, P. Yuan, and S. Xue, Phys. Rev. Lett. (2014)

得益于這個球狀閃電的光譜分析視頻以及論文，浙大的科學(xué)家又提出一個微波空腔理論，這個理論認(rèn)為在閃電擊打地面的時候，會產(chǎn)生一團(tuán)數(shù)量高達(dá)1014個的高能電子團(tuán)，這團(tuán)電子團(tuán)在與土壤接觸后會形成一個高能微波場，這些微波與空氣中的等離子體發(fā)生反應(yīng)以后，就能夠形成球狀閃電。由于微波實際上是電磁波，所以它自然就能夠穿墻了，而且由于這是一個電磁場，質(zhì)量幾乎為零，它自然也就不會受到氣流的影響。