闪电：不仅震撼，更加神秘？
你见过神秘出现又消失的灿烂光球吗? 你见过天空中幽灵般的环状光晕吗？这些都是闪电的杰作。
闪电是很常见的自然现象，在世界各地，每秒钟会有100道闪电击中地面。然而，闪电很难加以研究，我们无法预测它什么时候出现以及在哪里出现，当我们还没明白过来的时候，闪电已经消失了。可以说，我们对闪电的认识并不是很多。自然界各种各样的闪电，除了让我们感到震撼之外，更让我们感到大自然的神秘。
闪电的起源
闪电如何起源？这个问题科学家们还不能完全准确地解答。
一种最流行的理论是，闪电是由风暴中的冰微粒和水微粒激发的。当一场雷暴正在酝酿的时候，冰微粒向下冲，在途中撞击到向上升的温暖的水微粒。上下两个锋面相互摩擦，电子开始从水滴转移到了冰微粒，使雷暴的上层带正电、下层（主要是冰）带负电。当两个区域之间的电场足够强的时候，就会陆续产生一些小规模的放电。但是这些小规模的放电会莫名其妙地联接在一起，最终形成一道大的闪电。这道闪电将会以每小时36万千米的速度传播，它的温度可以高达3万摄氏度，是太阳表面温度的5倍。
但奇怪的是，科学家们长达数十年的研究表明，大气雷暴中的电场强度只有引发闪电所需能量的1/10，那其他9/10的能量是从哪儿来的呢？可见这一理论是有问题的。科学家们猜想，地球上的闪电可能起源于太空。于是，一种被称为“电子逃逸崩溃”的理论出现了。
这种理论认为，闪电是由高能宇宙射线引发的。这些高能宇宙射线大都由恒星爆炸产生，它们在穿越了宇宙空间，携带着巨大的能量来到地球，猛烈地撞击空气分子时，它们能够释放大量的电子。已经存在于云层中的电场，又会使电子带有更高的能量，使电子流撞击更多的空气分子，进一步产生电子，这种几何级数式的撞击反应，最后引发“雪崩”，最终产生一次“逃逸崩溃”，就形成了我们见到的闪电。
“电子逃逸崩溃”的理论也存有令人不解的地方——如果“逃逸崩溃”由宇宙射线引起，那么宇宙射线必须具备多大的能量才能得手？科学家们预测，这需要一个能量至少达到1016电子伏的粒子束。但如此高能的宇宙射线很少，不可能频繁地击中地球表面，造成地球上每秒100次这样高频率的闪电活动。所以迄今为止，虽然科学家们已经相信，导致闪电的原因是电子的“逃逸崩溃”，但是他们还无法确定，是否所有的“逃逸崩溃”都是由宇宙射线引起的。
神秘的球状闪电
球状闪电一直被誉为最神秘的自然现象之一，它出现的频率很低，但给人印象深刻。
在强烈的雷暴发生时，透过玻璃窗望去，我们或许能够看到这些奇怪的电球——它们颜色各异，可以是黄的、白的、红的、橙的、紫的甚至绿的；它们只能维持数秒，但也有维持1分钟的记录；更神奇的是，有人看到它可以在空中独立缓慢地移动……关于球状闪电已经有几个世纪的研究了，但是它总是外形多变，行踪不定，所以，至今无法得出一个普遍认可的结论。
2012年，中国科学家首次捕捉到了球状闪电的视频。当时，中国科学家们正在观察雷暴，意外地记录到了一次球状闪电。一道闪电击中地面，一个直径约5米的灼热鲜艳的光球突然出现，1.6秒之后，它就消失了。但科学家们已经能够记录到它的光谱和神秘球体的影像。光谱研究的数据显示，球状闪电中含有硅、铁和钙元素，竟然与土壤中的元素相同。这一发现支持了一些早期的理论——球状闪电主要是闪电击中地面，与土壤中蒸发了的矿物微粒产生的综合效果。
但是，也有很多科学家认为球状闪电是一团密度不大的常温等离子体。由于“太阳风”和宇宙射线的轰击，使得包围地球的空气被电离成正、负离子和自由电子，形成的离子层。当离子层部分离子和电子集聚，便可能形成球状闪电。
关于球状闪电，科学家们争论不断，唯一能确定的是，球状闪电一般只会在雷暴天气中出现。
看不见的暗闪电
并不是所有的闪电都是可见的。有时候会出现暗闪电，比如强大的伽马射线造成的辐射脉冲。
伽马射线通常只出现在宇宙中，是恒星塌缩的时候被喷吐出来的，产生的脉冲能量是我们平时所见的闪电能量的数百万倍。
然而现在，科学家们也从雷雨中发现了伽马射线。有时候，伽马射线在雷暴雨里突然地大量爆发，仅仅持续几十微秒至几毫秒，我们根本来不及察觉到它的存在。这种极端强烈的能量爆炸被称为”地面伽马射线闪光”。有时候产生的闪光是不可见的，它仅仅是意外的瞬间强烈辐射脉冲，因此，科学家也称其为“暗闪电”。
暗闪电的发生概率约为可见闪电的千分之一，但人被其击中的概率却高得多，主要是在乘飞机的时候。在暗闪电发生时，人们或可以观察到飞机周围发出短暂的蓝色、紫色光芒。在飞机内部，乘客可能无法听到或者感受到任何异样，但他们所受到的辐射剂量的确非常大。
暗闪电最大的蹊跷是它产生的原因。前面说过，暗闪电是一种伽马射线，而伽马射线通常只出现在宇宙中，但为什么在地球大气中会产生呢？科学家们认为，暗闪电来自于高能电子，这些高能电子从闪电产生的电场中获得能量，所以，雷雨就像一把上了膛的手枪，亮闪电扣动扳机，发射出暗闪电。暗闪电一旦被触发，将会以更快的速度使云层放电。科学家们不知道究竟多少高能电子的快速产生才能引发暗闪电，也许每1000次亮闪电能够引发一次暗闪电，但科学家们并不知道确切的数字。
1992年，美国宇航局的“康普顿伽马射线天文台”第一次捕捉到暗闪电，从那以后，对暗闪电的研究一直没什么进展。现在，科学家通过整合美国宇航局的“费米伽马射线望远镜”、地基雷达以及闪电探测器收集到的数据，开始对暗闪电进行详细的分析。通过对暗闪电的研究，科学家们将会打开一扇通往深刻理解气象学中这种极端事件的窗户。
千奇百怪的闪电
大多数的闪电是负极性的——从携带着负电荷的雷暴云底瞬间劈到了地面。然而，偶尔还会有一些闪电起源于雷暴云顶，在那里空气是带正电的。正闪电发生时，“打击”的距离很长，它的能量相当惊人，带有超过30万安培的电流，相当于产生了10亿伏特的电压，这意味着正闪电的威力相当于负闪电的10倍。
正闪电的数量还是相当稀少的，通常只占闪电雷击的百分之五，但是正闪电很有趣，它可能会引发一些其他漂亮的高空放电现象。
我们一般提到闪电的时候，就会很快联想到一道简单的亮光，并且这种简单的亮线式闪电大都发生在雷暴云之下。然而，正闪电引发的放电现象是发生在雷暴云之上的，它们被称为瞬态发光事件。科学家们尚不清楚这些现象产生的原因，一般认为它们源于等离子体的电致发光，其中如红光闪灵、蓝色激流和精灵等等，都属于瞬态发光事件。
最常见的瞬态发光事件是红光闪灵——在雷暴云之上出现的明亮闪烁的红光，大约位于离地面80千米高的空中。1989年，它们首次被照相机拍到，随后不久也在航天飞机录下的视频中出现。有时候，它们甚至也能被肉眼看到，虽然只有几分之一秒。红光闪灵常常像一只位于雷雨上空的红色水母，但有时候看上去又像一个胡萝卜、一个天使或者底部挂着卷须的西兰花。虽然样子美丽，但红光闪灵是相当危险的，它被认为是很多发生在高海拔上的飞机无端出现故障的元凶。
蓝色激流是另一种瞬态发光事件，它们就像是一出怪异的短暂的光舞蹈。这些蓝色的能量爆炸也位于雷暴云的顶部，在离地面大约50千米的高空。它们“行走”的速度达到每秒100千米，只能持续四分之一秒，但蓝色激流仅凭肉眼就可以看到——一个巨大的吓人的锥形体从雷暴云向上空蔓延。比起红光闪灵，蓝色激流似乎更为少见，至今科学家也只有数百张关于蓝色激流的照片。
还有一种瞬态发光事件叫精灵，它们得名于其英文缩写Elves，全称叫做“由于电磁脉冲源造成的超低频微扰和发光现象”，是一种红色的、平扁的、扩展的模糊光环。它们位于大气的最顶层，直径可以达到500千米，但通常只能持续1毫秒的时间。精灵在1990年首次被观察，其实在此之前，科学家们已经预测到它的存在，理论上说，闪电脉冲加热了大气层的底部就有可能激发出这种光晕。
总之，无论哪种闪电，科学家们至今还是不能把握它们形成的准确原因，按照科学家的话来说，“闪电是不可预测的，这限制了我们，让我们难以完美地解释它的一切。从富兰克林的风筝开始，经过数百年的研究，闪电现象仍然是自然界最神秘的事件之一。”
- 发表于 2015-08-01 00:00
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