閃電：不僅震撼，更加神秘？

你見過神秘出現又消失的燦爛光球嗎? 你見過天空中幽靈般的環狀光暈嗎？這些都是閃電的杰作。

閃電是很常見的自然現象，在世界各地，每秒鐘會有100道閃電擊中地面。然而，閃電很難加以研究，我們無法預測它什么時候出現以及在哪里出現，當我們還沒明白過來的時候，閃電已經消失了。可以說，我們對閃電的認識并不是很多。自然界各種各樣的閃電，除了讓我們感到震撼之外，更讓我們感到大自然的神秘。

閃電的起源

閃電如何起源？這個問題科學家們還不能完全準確地解答。

一種最流行的理論是，閃電是由風暴中的冰微粒和水微粒激發的。當一場雷暴正在醞釀的時候，冰微粒向下沖，在途中撞擊到向上升的溫暖的水微粒。上下兩個鋒面相互摩擦，電子開始從水滴轉移到了冰微粒，使雷暴的上層帶正電、下層（主要是冰）帶負電。當兩個區域之間的電場足夠強的時候，就會陸續產生一些小規模的放電。但是這些小規模的放電會莫名其妙地聯接在一起，最終形成一道大的閃電。這道閃電將會以每小時36萬千米的速度傳播，它的溫度可以高達3萬攝氏度，是太陽表面溫度的5倍。

但奇怪的是，科學家們長達數十年的研究表明，大氣雷暴中的電場強度只有引發閃電所需能量的1/10，那其他9/10的能量是從哪兒來的呢？可見這一理論是有問題的。科學家們猜想，地球上的閃電可能起源于太空。于是，一種被稱為“電子逃逸崩潰”的理論出現了。

這種理論認為，閃電是由高能宇宙射線引發的。這些高能宇宙射線大都由恒星爆炸產生，它們在穿越了宇宙空間，攜帶著巨大的能量來到地球，猛烈地撞擊空氣分子時，它們能夠釋放大量的電子。已經存在于云層中的電場，又會使電子帶有更高的能量，使電子流撞擊更多的空氣分子，進一步產生電子，這種幾何級數式的撞擊反應，最后引發“雪崩”，最終產生一次“逃逸崩潰”，就形成了我們見到的閃電。

“電子逃逸崩潰”的理論也存有令人不解的地方——如果“逃逸崩潰”由宇宙射線引起，那么宇宙射線必須具備多大的能量才能得手？科學家們預測，這需要一個能量至少達到1016電子伏的粒子束。但如此高能的宇宙射線很少，不可能頻繁地擊中地球表面，造成地球上每秒100次這樣高頻率的閃電活動。所以迄今為止，雖然科學家們已經相信，導致閃電的原因是電子的“逃逸崩潰”，但是他們還無法確定，是否所有的“逃逸崩潰”都是由宇宙射線引起的。

神秘的球狀閃電

球狀閃電一直被譽為最神秘的自然現象之一，它出現的頻率很低，但給人印象深刻。

在強烈的雷暴發生時，透過玻璃窗望去，我們或許能夠看到這些奇怪的電球——它們顏色各異，可以是黃的、白的、紅的、橙的、紫的甚至綠的；它們只能維持數秒，但也有維持1分鐘的記錄；更神奇的是，有人看到它可以在空中獨立緩慢地移動……關于球狀閃電已經有幾個世紀的研究了，但是它總是外形多變，行蹤不定，所以，至今無法得出一個普遍認可的結論。

2012年，中國科學家首次捕捉到了球狀閃電的視頻。當時，中國科學家們正在觀察雷暴，意外地記錄到了一次球狀閃電。一道閃電擊中地面，一個直徑約5米的灼熱鮮艷的光球突然出現，1.6秒之后，它就消失了。但科學家們已經能夠記錄到它的光譜和神秘球體的影像。光譜研究的數據顯示，球狀閃電中含有硅、鐵和鈣元素，竟然與土壤中的元素相同。這一發現支持了一些早期的理論——球狀閃電主要是閃電擊中地面，與土壤中蒸發了的礦物微粒產生的綜合效果。

但是，也有很多科學家認為球狀閃電是一團密度不大的常溫等離子體。由于“太陽風”和宇宙射線的轟擊，使得包圍地球的空氣被電離成正、負離子和自由電子，形成的離子層。當離子層部分離子和電子集聚，便可能形成球狀閃電。

關于球狀閃電，科學家們爭論不斷，唯一能確定的是，球狀閃電一般只會在雷暴天氣中出現。

看不見的暗閃電

并不是所有的閃電都是可見的。有時候會出現暗閃電，比如強大的伽馬射線造成的輻射脈沖。

伽馬射線通常只出現在宇宙中，是恒星塌縮的時候被噴吐出來的，產生的脈沖能量是我們平時所見的閃電能量的數百萬倍。

然而現在，科學家們也從雷雨中發現了伽馬射線。有時候，伽馬射線在雷暴雨里突然地大量爆發，僅僅持續幾十微秒至幾毫秒，我們根本來不及察覺到它的存在。這種極端強烈的能量爆炸被稱為”地面伽馬射線閃光”。有時候產生的閃光是不可見的，它僅僅是意外的瞬間強烈輻射脈沖，因此，科學家也稱其為“暗閃電”。

暗閃電的發生概率約為可見閃電的千分之一，但人被其擊中的概率卻高得多，主要是在乘飛機的時候。在暗閃電發生時，人們或可以觀察到飛機周圍發出短暫的藍色、紫色光芒。在飛機內部，乘客可能無法聽到或者感受到任何異樣，但他們所受到的輻射劑量的確非常大。

暗閃電最大的蹊蹺是它產生的原因。前面說過，暗閃電是一種伽馬射線，而伽馬射線通常只出現在宇宙中，但為什么在地球大氣中會產生呢？科學家們認為，暗閃電來自于高能電子，這些高能電子從閃電產生的電場中獲得能量，所以，雷雨就像一把上了膛的手槍，亮閃電扣動扳機，發射出暗閃電。暗閃電一旦被觸發，將會以更快的速度使云層放電。科學家們不知道究竟多少高能電子的快速產生才能引發暗閃電，也許每1000次亮閃電能夠引發一次暗閃電，但科學家們并不知道確切的數字。

1992年，美國宇航局的“康普頓伽馬射線天文臺”第一次捕捉到暗閃電，從那以后，對暗閃電的研究一直沒什么進展。現在，科學家通過整合美國宇航局的“費米伽馬射線望遠鏡”、地基雷達以及閃電探測器收集到的數據，開始對暗閃電進行詳細的分析。通過對暗閃電的研究，科學家們將會打開一扇通往深刻理解氣象學中這種極端事件的窗戶。

千奇百怪的閃電

大多數的閃電是負極性的——從攜帶著負電荷的雷暴云底瞬間劈到了地面。然而，偶爾還會有一些閃電起源于雷暴云頂，在那里空氣是帶正電的。正閃電發生時，“打擊”的距離很長，它的能量相當驚人，帶有超過30萬安培的電流，相當于產生了10億伏特的電壓，這意味著正閃電的威力相當于負閃電的10倍。

正閃電的數量還是相當稀少的，通常只占閃電雷擊的百分之五，但是正閃電很有趣，它可能會引發一些其他漂亮的高空放電現象。

我們一般提到閃電的時候，就會很快聯想到一道簡單的亮光，并且這種簡單的亮線式閃電大都發生在雷暴云之下。然而，正閃電引發的放電現象是發生在雷暴云之上的，它們被稱為瞬態發光事件。科學家們尚不清楚這些現象產生的原因，一般認為它們源于等離子體的電致發光，其中如紅光閃靈、藍色激流和精靈等等，都屬于瞬態發光事件。

最常見的瞬態發光事件是紅光閃靈——在雷暴云之上出現的明亮閃爍的紅光，大約位于離地面80千米高的空中。1989年，它們首次被照相機拍到，隨后不久也在航天飛機錄下的視頻中出現。有時候，它們甚至也能被肉眼看到，雖然只有幾分之一秒。紅光閃靈常常像一只位于雷雨上空的紅色水母，但有時候看上去又像一個胡蘿卜、一個天使或者底部掛著卷須的西蘭花。雖然樣子美麗，但紅光閃靈是相當危險的，它被認為是很多發生在高海拔上的飛機無端出現故障的元兇。

藍色激流是另一種瞬態發光事件，它們就像是一出怪異的短暫的光舞蹈。這些藍色的能量爆炸也位于雷暴云的頂部，在離地面大約50千米的高空。它們“行走”的速度達到每秒100千米，只能持續四分之一秒，但藍色激流僅憑肉眼就可以看到——一個巨大的嚇人的錐形體從雷暴云向上空蔓延。比起紅光閃靈，藍色激流似乎更為少見，至今科學家也只有數百張關于藍色激流的照片。

還有一種瞬態發光事件叫精靈，它們得名于其英文縮寫Elves，全稱叫做“由于電磁脈沖源造成的超低頻微擾和發光現象”，是一種紅色的、平扁的、擴展的模糊光環。它們位于大氣的最頂層，直徑可以達到500千米，但通常只能持續1毫秒的時間。精靈在1990年首次被觀察，其實在此之前，科學家們已經預測到它的存在，理論上說，閃電脈沖加熱了大氣層的底部就有可能激發出這種光暈。

總之，無論哪種閃電，科學家們至今還是不能把握它們形成的準確原因，按照科學家的話來說，“閃電是不可預測的，這限制了我們，讓我們難以完美地解釋它的一切。從富蘭克林的風箏開始，經過數百年的研究，閃電現象仍然是自然界最神秘的事件之一。”