形形色色的闪电

方陵生

在世界的许多地方，每天都有电闪雷鸣尽情肆虐，特别是在夏天的雷暴天气里，击向大地的雷电每秒可多达100次。闪电现象是如此普遍又频繁，而我们对它的了解却十分有限。尽管我们已经知道，闪电是天地之间的一种放电现象，它发生在云层之中，也发生在带电云层和大地之间，雷电发生时，带电粒子以极快的速度在大气中划过。但是，我们却无法预测下一次雷电会在何时何地发生，我们也不清楚大自然的雷电现象中究竟有多少秘密等待着我们去发现。

闪电是如何形成的：

两种理论

科学家至今仍然无法确定闪电是由什么引起的，但关于闪电的成因有两种主要的理论。最为流行的理论认为，闪电是由雷暴天气中冰或水分子的激烈碰撞引起的——当雷暴在大气中酝酿产生时，冰雹或冰粒急速向下运动，与较暖的上升水滴产生碰撞，两者相遇交锋时，水滴中的电子依附到冰粒上，导致接近雷暴层的上部水汽释放出正电子，下沉的冰晶释放出负电子。于是，在接近雷暴层的地方开始产生一些小的放电现象。这些小的放电汇合起来，形成规模更大的放电，有的最终形成闪电。威力巨大的闪电以每小时36000千米的速度快速划过天空，闪电迸发瞬间的温度可高达30000℃，是太阳表面温度的5倍。

另一种理论叫“电子逃逸崩溃”理论，该理论假设闪电是一种全新的物理现象——由宇宙射线高能粒子引发的放电现象，这些粒子多数是宇宙中高能量事件（如恒星爆炸事件）爆发产生的质子。宇宙射线从太空中穿过，高能量的电离粒子流有时会与地球上层大气发生碰撞，这些高速运行的电离粒子流的速度可达到光速，如遇到雷暴云层，就会引起放电，产生耀眼的闪电。

球形闪电：

会飞的光球

强烈的雷暴天气里，奇怪的球形闪电以闪耀的光球形式出现。球形闪电有各种颜色，黄的、白的、红的、橙色的、紫色的和绿色的。据一些目击者报告称，球形闪电从窗户穿过，窗玻璃却完好无损，既没有破洞，也没有裂缝。关于球形闪电的传说已经持续了几个世纪，但我们对球形闪电的了解依然很少。球形闪电行踪诡秘，我们很难预测它们会在何时何地出现，所以研究球形闪电是非常困难的。

2012年，一段视频捕捉到了神秘的球形闪电。中国的一组研究人员在观察雷暴天气时，偶然录下了这一大自然中罕见的奇景。在一道闪电击中地面时，突然出现了一个直径约5米的电光闪闪的球形物，仅1.6秒后便消失得无影无踪。科学家根据这段宝贵的视频资料，对球形闪电进行了光谱分析。

分析资料显示，球形闪电的构成成分主要是硅、铁和钙，这些都是在土壤里可以找到的成分。这一发现支持了之前科学家提出的理论：球形闪电主要是闪电击中大地，导致土壤中的部分矿物质微粒气化的结果。但是，形成的光球结构何以能够持续较长（相对而言）的一段时间？至今仍然无法得到解释。

黑色闪电：

威力巨大的隐形闪电

并非所有的闪电都是肉眼可见的，黑色闪电就是一种隐形闪电，也被称为“空中暗雷”。这种威力巨大的闪电产生的强烈辐射脉冲能量爆发被称为地源伽马射线脉冲（TGFs）。这种类型的爆发通常发生在宇宙中，是由恒星崩塌时猛烈向外喷发物质而产生的。TGFs爆发引起的黑色闪电产生的能量是我们肉眼能看到的闪电的数百万倍。在雷暴天气里，科学家通过现场记录的辐射数据知道了它们的存在。

最近有研究人员提出，这种看不见的独特形式的闪电，释放的能量比普通闪电要强烈得多，但由于它们不会发出强烈的光，所以我们无法凭肉眼看到它们的存在。

据认为，黑色闪电是由普通闪电触发产生的。电闪雷鸣的雷暴天气就像一把子弹上了膛的手枪，而普通闪电就是导致产生黑色闪电的“触发器”。一旦被触发，黑色闪电就会取代普通闪电，而它在云层中放电的速度要比普通闪电快得多。每1000道普通闪电中就有一道是黑色闪电，但无人能给出确切的数据。

幽灵闪电：

像红色水母的闪电

幽灵闪电也叫精灵闪电，是发生在大气层上层的、被称为瞬态发光事件（TLEs）的一种闪电形式，。科学家还不能确定TLEs是因什么原因引起的，但被普遍接受的看法是，它们是放电导致的等离子体或电离气体的发光现象，通常是在云层中携带正电子的威力强大的闪电击中地面时产生的。

TLEs中最常见的形式是幽灵闪电，也即在大气层上空80千米处雷暴云上层产生的红色闪电。1989年，照相机首次拍摄到了幽灵闪电的照片，之后科学家对来自太空飞船的视频资料的研究也发现了幽灵闪电的存在。甚至偶尔还有人用肉眼观察到了幽灵闪电，虽然它在空中出现的时间不到几分之一秒。幽灵闪电通常出现在雷暴云层的上方，看起来就像闪耀着红光的水母，有时看起来像胡萝卜或花椰菜，底下还垂着一些“卷须”呢。

蓝色闪电：

怪异的电光之舞

这种被称为蓝色喷流的闪电通常发生在雷雨活动云层上方离地面40～50千米的电离层里。它们的速度可达每秒50千米，但持续时间很短，只有大约1/4秒时间。这种蓝色喷流闪电呈巨大而奇特的锥形，在暴风雨肆虐的天气里从云层向上展开，用肉眼也可以看见。蓝色喷流闪电比红色幽灵闪电更亮，但发生的频率却要低得多。另外，与红色幽灵闪电不同的是，蓝色喷流并非直接由闪电触发产生。研究认为，它们似乎与雷暴中的强冰雹活动有关。

在1989年的一次太空飞行任务中获得的录像资料确认了蓝色喷流闪电的存在，但它们极为罕见。

小精灵光晕：

高空中的神秘闪电

小精灵光晕是电磁脉冲源释放的低频率闪动，是一片呈扁平形态、有些模糊、略带红色的光晕，它们是在大气层与太空交界处水平方向发生的超快速放电现象。

据认为，小精灵光晕的产生源自于某些闪电放电中产生的极为强烈的电磁辐射脉冲。当巨大的能量穿过电离层底部——大气层的上部区域时，导致那里的气体短暂发光。

小精灵光晕的亮度可媲美红色幽灵，持续时间只有短暂的1毫秒，但径向辐射的范围却可达300千米以上，通常发生在离地面100千米的高空。在1990年的一次航天飞行任务中，人们首次在法属几内亚海岸观察到了这种神秘的小精灵闪电。

在首次被观察之前，研究人员已预测了小精灵光晕的存在。理论推测认为，闪电脉冲在大气层下部产生大量热量，由此可能触发产生小精灵闪电。

正电子放电：

另类闪电

大多数闪电都是接近地面的云层底部携带的大量负电子的放电现象。但是，这种放电现象偶尔也会发生于携带大量正电子的云层上方。

正电子放电可长距离穿越云层抵达地面，电流可达30万安左右，电压超过10亿伏。这意味着正电荷闪电比负电荷闪电的威力要强10倍。正电荷闪电一次通常只闪一次，而负电子闪电一次可连续闪两次甚至更多次。另外，正电子闪电发生的频率只占闪电总发生率的5%。