中国科学家发表对球形闪电的首个光谱分析

中国教育装备采购网2014-02-07 13:45围观246次我要分享

  鬼一样的球形闪电被逮到了!新一期《物理评论快报》上,中国科学家发表对球形闪电的首个光谱分析,引起全球媒体的兴趣。科技日报记者电话采访了论文通讯作者袁萍,这位西北师范大学教授是球形闪电的目击者。

  第一张图片显示,球状闪电位于左下方,在云对地闪电的最下端;彩色部分是云对地闪电和球状闪电的光谱。第二张图片显示,云对地闪电消失,只剩下球状闪电。球状闪电持续约1.64秒,其颜色也有变化。

  0毫秒时刻,云对地闪电产生球状闪电,颜色为紫白色;20毫秒时刻,云对地闪电消失,只剩下球状闪电,颜色与0毫秒时刻大致相同;80毫秒时刻,颜色变为橙白色;约从160毫秒时刻,一直保持白色,直到1120毫秒,接近于消失阶段时,颜色转变为红色,直至消失。

  夜里将近10点,袁萍和她的博士研究生岑建勇、薛思敏在青海省的高原上,用光谱仪监视着一场雷暴。“那是一次非常强的闪电放电,声音更响,像爆炸一样。亮光打到地上,引发出一个球。”900米外的袁萍意识到,那是球形闪电。

  “看得很清楚,但一共只有1.64秒。”袁萍说,“球形闪电没有发出声音。”

  后来估算,放光球区(大于球状闪电)的直径大概为5米,水平方向移动速度约为8.6米每秒。

  “我们后来放大照片,发现它开始是亮白色,边缘有一点紫色,紫色又变成绿色、粉色。然后,好像炭要燃尽那样,变成红色。最后缩小、消失了。”

  接下来,袁萍闻到一种从未在雷电现场闻到的味道。“特别怪,有点像臭氧,但不完全像。也可能是球闪过程形成的氮氧化物。”

  高速摄像仪器录下了整个过程,它一秒钟能够拍摄几千张照片。接下来,研究者用了几个月时间分析球形闪电的光谱数据,通过不同波长的光,判断是哪些元素在发亮。她们得到了令人兴奋的发现。

  “一般的闪电主要涉及空气里的元素。而球形闪电里是硅、铁、钙等元素。”袁萍说。

  这个发现暗示了球形闪电和土壤的亲密关系。十几年前,曾有学者提出一种理论:闪电击中土壤,让硅物质蒸发到空气里,形成一个硅颗粒球状区域,它逐渐氧化放出能量,发光发热,就是球状闪电。曾有科学家用电弧熔化硅,在实验室里制造出了火球。

  中国科学家的发现,一定程度上支持了“土壤发生说”。而根据获得的数据分析,袁萍猜测这个火球应该涉及到一些电活动,而不只是简单的氧化。

  《物理评论快报》的文章发表后,袁萍收到了世界各地的采访邮件。因为这是世界上第一次对球形闪电的科学分析。《物理评论快报》将之作为主编推荐文章,还附上了一篇专门的评论。

  “已有各种研究项目拍摄自然的和人工引发的雷电,但据我所知,还没有拍到过球形闪电的。”美国雷电专家马丁·尤曼在评论文章中表示,这次观察很可能是独一无二的。

  尽管有目击者拍下过球形闪电的模糊影像,但大家还是不了解这种现象。球形闪电太罕见了,而且稍纵即逝,简直无法研究。曾有人认为它是子虚乌有。关于球形闪电的本质,有无数奇特的解释。中国作家刘慈欣还写过科幻小说《球状闪电》。

  袁萍从2000年开始研究闪电光谱,她和同事背着摄像仪器,在雷暴多发的季节和地区追踪闪电。她曾听农民说,见过球形闪电击中了牛。

  “跟我的导师还有许多前辈学者相比,我对闪电的研究不算很久。能看到球形闪电,简直是太幸运了。”袁萍说。

来源:中国科技网-科技日报

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