球形閃電形成原因?

球形閃電是怎麼形成的？

球狀閃電俗稱滾地雷，閃電的一種，通常都在雷暴之下發生，就是一個呈圓球形的閃電球。這是一個真實的物理現象，它十分光亮，略呈圓球形，直徑大約是15～30釐米不等。通常它只會維持數秒，但也有維持了1-2分鐘的紀錄。顏色除常見的橙色和紅色外，還有藍色、亮白色，幽綠色的光環。火球呈現多種多樣的色彩。

球形閃電又稱電光火球。球形閃電並不是閃電，它與閃電幾乎沒有相同之處，所以把這種現象命名為“球形閃電”是不準確的，應當命名球形閃電為“電光火球”，即與電磁場有關的等離子態發光球。天然閃電又叫雷電。最常見的雷電形式是線狀閃電，其形狀猶如倒懸於空中的縱橫枝叉，又象是地圖上一條支流眾多的河流。另外，雷電中還有較少見到的串珠狀閃電。電光火球的壽命一般為幾秒，個別的可長達幾分鐘。而普通枝狀閃電的壽命不到1秒。

電光火球是定域於適當的磁場位形空間和速度空間的等離子體，它從周圍獲得能量，等離子區的直徑取決於外部場的頻率，因此產生諧振。本來關於電光火球的知識在20世紀最初的幾年中已被尼古拉·特斯拉研究出來了，後來卻又隨著這位偉大天才的逝世而失傳了。特斯拉認為，原始能量不足以維持火球，還必須有另外的能源。

球形雷電是怎麼形成的？

球形閃電的確很奇怪。它有時爆炸，有時無聲而逝，有時在地面上緩慢移動，有時跳躍行走，有時在地面上不高處懸浮……科學家多年以前就誓要破解此謎，但迄今球形閃電仍包圍著一圈神祕的光環。 據目擊者稱，球形閃電的出現通常是在雷聲響起之時，持續時間有時可達1分鐘。科學家開始並不相信這些報道，通常斥之為幻覺，可聲稱親眼見到過球形閃電的人越來越多，據粗略統計，近十年來，這一人數達到1萬人左右。如今，科學家終於承認這一現象確實存在。英國皇家學會的1月刊《自然科學學報A》揭露了以前未公開報道過的球形閃電目擊情況：在美國俄勒岡州，一個球形閃電來去如風，先在紗門上留下一個籃球大的洞，然後直奔地下室，毫不留情地毀壞了一箇舊軋幹機；俄羅斯一名教師的經歷更可怕，一個80釐米直徑的球形閃電在他頭上來回跳動不下20次，然後悄然消失了；此前前蘇聯也曾有報道稱，一個球形閃電飛進了一個盛有近7千千克水的大鍋裡，水立即沸騰起來，球形閃電在鍋裡呆了10分鐘才熄滅；還有一次，一個足球大小的球形閃電，沿街滾動，在離路面不高處跳躍，接觸到地面時，炸出了一些深半米、直徑一米半的坑，最後轟然一聲，火球鑽進地下；甚至有人懷疑，上世紀初發生在俄羅斯的通古斯大爆炸的罪魁禍首就是球形閃電。 要解釋這些神祕的現象十分困難，但科學家一直在努力著。1955年，前蘇聯物理學家彼得·卡皮查提出理論認為，球形閃電可能是由於諸如在雷電風暴中所產生的電磁干擾效應所引起的；1991年，日本科學家在《自然》上報告稱，他們在實驗中觀察到了由微波干擾所產生的一系列類似球形閃電的現象，他們的人造等離子體“火球”也顯示了球形閃電的一些少見的性質，比如它可沿與主氣流相反的方向運動，並可穿越固體物質而不受其影響。這一研究為卡皮查的理論提供了一些佐證；1996年，俄羅斯媒體報道說，該國物理數學副博士韋杜塔認為，球形閃電就像一個雙層“馬特廖什卡”木偶（即一個木偶裡面套著另一個木偶），體內充滿電磁輻射線，這些射線擠壓等離子體構成的外殼，使等離子體彼此不碰撞，而等離子體外殼則像一面鏡子，把射線反射回去。其中等離子體完全與外界隔絕，溫度可超過熱核反應的溫度。這位科學家通過計算得出，一個直徑60釐米的白熱化的“大木偶”，內含一個自由懸浮在氣體介質中的直徑20釐米的球狀體，可產生高達50兆瓦的熱功率。 現今，佔主流理論之一的是新西蘭兩名科學家的解釋。2000年，這兩位科學家在《自然》上撰文稱，當土壤被閃電襲擊後，會向大氣釋放含有硅的納米微粒，來自雷電襲擊的能量以化學能的形式儲藏在這些納米微粒中，當達到一定高溫時，這些微粒就會氧化並釋放能量；另一個理論是，被閃電電離的氣體與水蒸氣結合成一個高溫的等離子體球，外邊包著冷的等離子體外殼，與上述韋杜塔的理論有點相似。 但試圖讓現今的這些理論中的某一個令人信服地解釋出球形閃電的所有故事還是不太可能。科學家推測，球形閃電有可能是多種不同自然作用的產物。他們按照假設的這些作用在實驗室裡模擬出了微型的球形閃電，但它與真實世界中的球形閃電相比，不僅在體積上相去甚遠，其存在時間也短暫得近似不存在。 球形閃電不但有趣，而且包含著許多祕密，一旦解開這個現象，對人類的生活或許有著深遠的影響。“努力明白這些事件很重要，”美國馬里蘭州研究球形閃電現象已經幾十年的物理化學家戴維·特納說。他認為，揭開球形閃電之謎有助於找到人體自燃等現象的真實原因。而更多的科學家認為，研究球形閃電最直接的作用是有助於找到高效、清潔的新能源。

球狀閃電的成因不再是謎

儘管世界各地的科學家們致力於研究球狀閃電的產生和穩定機制，但長期以來都還一直處於個人的、分散的、以記錄觀察事實為主要內容的階段。直到20世紀80年代後期，以1988年7月在東京召開的首屆球狀閃電國際學術會議為標誌，對球狀閃電的研究才有迅速進展。現在，日本、英國、俄羅斯和中國都有了球狀閃電研究組織，世界各國收集的火球目擊報告超過萬例。日本、美國、荷蘭、以色列和德國等國還在實驗室內做出過各種球狀閃電。

法國巴黎天文臺的物理學家卡鮑格納尼(Carbognani)是研究球狀閃電領域的權威。他說：“目前主要有兩個理論解釋它們。其一是傳統理論，是俄國物理學家卡皮扎提出的。該理論認為，球狀閃電是雷雨時由普通閃電激發的。在閃電的作用下，電荷在空氣中聚集在一點，產生了會發光的旋渦狀高溫等離子體。在其內部，高速旋轉的離心力與外部的大氣壓達到平衡，因而能夠維持較長時間的穩定性。”也就是說，球狀閃電就是雷雨天氣中產生的等離子體團。等離子體不同於人們熟知的固體、液體、氣體三態，是物質存在的另外一種形態。日常生活中的等離子體並不多見，但在茫茫宇宙中，以等離子體形態存在的物質卻佔到了物質總量的99%以上。我們賴以生存的太陽，就是一個巨大的等離子體團，其內部每時每刻都在發生劇烈的核聚變反應——四個氫原子核融合成一個氦原子核，同時生成大量的光和熱。在地球上，科學家們也在日復一日、年復一年地工作，試圖在精密的儀器中重現太陽上等離子體發生的核反應，通過模擬核聚變，源源不斷地獲得能量。一旦這項技術走向成熟，人類面臨的能源短缺問題將有望徹底得到解決。目前已經獲得了一些可喜的進展：2006年3月，在美國桑迪亞國家實驗室中，科學家們使用一臺名叫Z-Machine的實驗裝置，生成了20億度的等離子體——這是在地球上從未達到過的溫度，甚至比太陽核心的溫度還要高數十倍。如此高溫度下物質的形態是怎樣的？具有哪些性質？這些問題甚至連打破這一記錄的科學家們自己也還沒完全弄清楚。2002年，兩位澳大利亞物理學家約翰·亞伯拉罕森(John Abrahamson)和詹姆斯·迪尼斯(James Diniss)提出了另外一個理論，即閃電擊中了地面，在高溫下，地面上物質迅速地蒸發、汽化，生成了一種非常小的“微米顆粒”，其大小比一根頭髮絲的直徑還要小几百到幾千倍，在微米量級上。由於靜電力的作用，這些微米顆粒相互吸附在一起，並且能夠生成極細的纖維。這些纖維與空氣中的氧氣接觸，發生氧化反應，同時生成光和熱，這樣就形成了球狀閃電的外觀。除了上面兩種理論以外，還有脈澤孤立子理論。這種理論認為球狀閃電是由地球大氣層中的脈澤輻射引起的。脈澤輻射的原理和激光是相同的，只不過發生在微波波段，而不是可見光波段。在空氣體積很大時，脈澤輻射會產生一個局部範圍內的強電場，我們叫它“孤立子”。這很可能就是雷雨天人們看到的球狀閃電。