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天空10大神秘發光現象:從球形閃電到紅色精靈

北京時間10月13日消息,據英國廣播公司(BBC)網站報道,地球大氣除了我們常規知道的一些天氣現象之外,還有一些發光現象。閃電當然是我們都非常熟悉的,除此之外還有極光。不過另外一些大氣發光現象——從聖艾爾摩之火到紅色精靈——可能就會顯得非常陌生而神秘。

1、聖艾爾摩之火

1492年,哥倫布的船隊在航行途中看到的「聖艾爾摩之火」

海上航行的水手們有時在晚間會看到他們駕駛的船隻桅杆頂端發出一種詭異的藍色輝光。這種光不具有高溫,也不會引起火災,人們將它視作一種好運的徵兆,並將它稱為「聖艾爾摩之火」。

自從他的哥哥親眼目睹了一次「聖艾爾摩之火」的現象之後,美國威斯康星大學麥迪遜分校的大氣科學家史蒂夫·艾克曼(Steve Ackerman)就被這種神秘現象深深吸引了。

艾克曼的哥哥當時正在一個風雨交加的天氣里,在自家地下室里處理一些銅質管道。他說:「此時一個雷暴雲團逐漸移動到該地區上空,然後突然之間其中一些銅質管道上方出現了一種藍色輝光。自那時候起,我就開始著手想要弄清楚究竟是什麼產生了這種現象。」

雷暴雲團會產生強大的電場,這是因為在地面與雷暴雲團之間存在巨大的電勢差,你可以將其理解為靜電。而這種電場在一些尖利物體的端部就會被加強,比如金屬管道或是船隻的桅杆頂端。

如果這一電場強度足夠強大,那麼它甚至能夠撕裂空氣分子,使其成為帶電粒子。於是空氣成了「等離子體」併產生髮光現象。

在實驗室中你也可以重現這種等離子體輝光現象,方法便是使用尖利物體來加強電場強度。不過儘管已經了解了其成因,但艾克曼還是非常希望能夠在自然界環境中再次看到天然發生的「聖艾爾摩之火」現象,他說:「我到目前為止都沒能親眼看到過一次,但我很希望未來會有機會一飽眼福。」

2、「沼澤鬼火」

一幅19世紀的雕刻畫作,展示了「沼澤鬼火」的景象

和聖艾爾摩之火一樣,沼澤鬼火也是一種幾個世紀以來人們一直有所耳聞的神秘發光現象。但和聖艾爾摩之火有所不同的是,近代以來人們報告看到沼澤鬼火的案例正在變得越來越少。

從它的名字中就能大致感受到目擊者的疑惑,這種發光現象虛無縹緲,並且從未能在實驗室中被重複製造出來。

根據目擊者的描述,沼澤鬼火像是一種火光,時而閃爍,時而穩定,距離地面很近,一般發生在郊外的沼澤地帶,並且持續的時間很短,一般幾分鐘之內就會消失。

路易吉·加拉斯切利(Luigi Garlaschelli)來自義大利帕維亞大學,其最廣為人知的成就是在實驗室中複製了名噪一時的所謂「都靈裹屍布」。加拉斯切利同樣對自然界的鬼火現象非常感興趣,但目前仍然找不到可供他研究的案例。

加拉斯切利說:「真正的問題就在於或許這種現象根本就不存在。我們必須選擇去信任,或是抱有希望,那些聲稱看到鬼火現象的目擊者們都沒有撒謊。」而如果這種所謂的「鬼火」現象的確在自然界中存在,那麼加拉斯切利將會對數種潛在可能性進行測試。比如說,這種鬼火據信多發生在沼澤地帶,那麼它就很有可能與沼澤釋放的可燃性氣體有關,其中主要成分是甲烷。但這裡存在的問題就是這些氣體是如何被點燃的?

或者,這些目擊報告根本就是虛假的,或許是目擊者自己頭腦中想像出來的幻覺,或者那些亮光其實是月光在潮濕地面上的反光,目擊者錯誤的將其誤以為是火光。

3、地震光

日本出現的地震光

美國「搜尋地外文明」(SETI)研究機構專家弗里德曼·福倫德(Friedemann Freund)指出:「你會感覺自己正置身於一個巨大光球的中央。或許你的頭髮會帶電,你的頭頂可能會發光,遠遠看去就像一個聖人,但這種光卻不會引發任何燃燒風險。你或許會對這種現象感到好笑,但你不會受到傷害。」

以上就是當你真正遭遇一次地震光時可能會有的感覺。福倫德表示,這種光是某種特定類型的岩層正在巨大應力作用下積累大量靜電過程中發生的空氣電離發光。他說:「我們猜想,當我們以非常高的速度將兩側岩層擠壓到一起,這一過程中釋放的大量電荷將會以等離子體放電的形式顯現出來。」但具體的外部表現則可能會有很多不同的形態或顏色。

在地震發生時出現的地震光則似乎是從地底下釋放出來的,分布範圍可以達到方圓數公里。在夜空中這種光的高度可以達到200~300米,持續時間只有一瞬,但一個接著一個的反覆出現。

在近期幾年,監視相機的逐漸普及讓人們拍攝到一些非常漂亮的地震光畫面。福倫德表示:「其中一些質量最佳的地震光記錄畫面出現在秘魯。我的一個在當地大學工作的朋友碰巧錄下了發生在秘魯首都利馬南部一次8級強震期間的地震光畫面。當時地震波正抵達當地,此時天空中出現了強烈的地震光。」

4、球形閃電

人們一度懷疑球形閃電是否真實存在

在很長一段時間裡,很多人都認為球形閃電不過是一種傳說,但事實上,這種現象是真實存在的。

在2012年,一個研究小組正在中國青海高原地區開展常規的閃電監測工作。突然之間,一個直徑約5米的球形閃電出現在科學家們面前。它發出耀眼的白色光芒,隨後慢慢變成紅色,持續幾秒鐘後最終消失。

這是人類首次在自然界對真實的球形閃電現象進行研究。科學家們採集到了這個明亮的球形閃電的光譜,他們試圖通過分析了解這種神秘現象的真實面目。

分析結果顯示球形閃電的光譜中指示的來源竟然是:土壤。在常規情況下,從暴雨雲團指向地面的條帶狀閃電擊中地面,它會蒸發掉土壤中的某些礦物。其中的一些含有一些硅酸鹽化合物,而在某些極端情況下,它們會發生反應併產生硅絲物質。

這些硅絲物質的化學性質是極度活躍的,一旦產生後便會立即與空氣中的氧氣發生作用並燃燒,從而形成研究人員們所看到的明亮火球。

5、綠色閃光

日落時分出現在太陽上方的「綠色閃光」

有時候,在太陽即將落山前的一瞬間,在太陽上方會出現一種明亮的綠色光芒。但這並非是太陽改變了顏色,而是一種海市蜃樓效應。

地球大氣會將太陽發出的白色光分解成不同的色光,就像稜鏡的作用一樣:紅色光波長較長,它受到的完全影響更大一些,隨後依次是橘色,黃色,等等。由於紅色光遭受的是最強烈的彎曲效應,因此看上去會感覺紅光最早落入地平線,隨後依次是橘色光,黃光和綠光。而那些跟在綠光後面波段的色光——藍光,靛色光和紫色光則會受到大氣分子的強烈散射,這也是為什麼我們平常看到的天空是藍色的緣故。但也正是由於這一原因,在日落時分最後一個能夠被看到的色光應該就是綠色光。

在正常情況下這種色光之間的差異效應是非常微小的。要想讓綠色光可見,還需要一種幻象效應,使得太陽看上去顯得更大。在這種幻象效應作用下,太陽看上去會感覺在晃動,就像是水面的波紋。海平面上常常可以產生最佳條件,讓人一睹這種奇異綠色閃光的景緻。

6、向上閃電

1935年,通用電力公司的卡爾·麥凱克倫(Karl McEachron)從安裝在紐約帝國大廈頂端的監視相機中發現了某種奇怪的現象:相機記錄到一道閃電,但它的方向並非平常的閃電那樣是從雲端指向地面,而是相反,從帝國大廈指向雷暴雲團。

氣象學家們現在知道,大約每1000次閃電中就會出現一次向上方向的閃電。但儘管對這一現象已經開展了長達數十年的研究,但科學家們至今仍然不清楚其產生機制。

風暴攝影師湯姆·華納(Tom Warner)目前正在美國南達科他礦業理工學院致力於對向上閃電具體成因機制的研究。他和其他研究人員已經證明存在著兩種不同的向上閃電,但這兩者的產生都需要有高層結構的存在,如高樓或是風力發電塔。

第一種向上閃電的發生首先需要在附近先發生一次常規的,從雲層指向地面的雷擊事件。這樣一次雷擊事件將導致電場紊亂,從而觸發所謂「雷電先導」(lightning leader),這是一股正電荷或負電荷,它將迅速向上升起,指向雷暴雲團中與其帶有相反電荷的區域。

而第二種則不需要事先在附近發生過雷擊的條件,而是可以自發地出現向上的雷擊。自從2004年開始迷上這一現象之後,華納已經研究並拍攝到數次這種罕見現象。為了獲得珍貴的數據和圖像,他會自己駕駛特製的飛機沖入暴雨雲團。他說:「能夠在如此近距離上經歷暴風雨,甚至是在暴雨雲團的內部馳騁,這感覺真的棒極了!這是巨大的挑戰,需要你聚精會神。每次我駕機穿越暴雨雲團,我都會再次確認,這裡真的不適合飛行!」

7、「紅色精靈」

1994年7月4日,人類首次拍攝到紅色精靈現象的彩色照片

在暴雨雲團上方極高空大氣中,這裡遠離雷暴雲系與地面之間放電產生的閃電現象。然而有時候這裡卻會出現一些幽靈般的紅色閃光,長度可以從數十公里一直到上千公里。從遠處看就像高空中懸浮著的植物卷鬚或是水母觸手。

這種現象現在被稱作「紅色精靈」或「幽靈閃電」(sprites),一般只有在非常大型的雷暴雲系中才會出現。英國巴斯大學的馬丁·福爾克魯格(Martin Fullekrug)表示:「這種現象強度極高。雷暴雲系中必須產生某種非常特殊的閃光,但這種現象極其罕見。或許在1000次閃電過程中才會出現一次幽靈閃電現象。」

這樣的閃電將從雷暴雲系中帶走大量電荷。只有一個延續長度很長,緩慢傳播中的電流體系能夠孕育出「紅色精靈」,這樣的條件只能出現在直徑超過100公里以上的大型雷暴雲系中。此前有關這種現象的記載極其罕見,不過隨著相機價格的持續下降,人們拍攝到這種神秘紅色閃光現象的報告也正呈現上升趨勢。

一台普通的閉路電視加裝質量較好的夜視相機偶爾就能記錄到圖像質量較差的紅色精靈圖像,而業餘流星觀測者們也為這一現象的觀測數據積累作出很大的貢獻。

福爾克魯格說:「你可以用價值幾百英鎊的相機拍攝到低質量的紅色精靈圖像。經過一定指導後,每個人都能做到!」

8、精靈閃電

精靈閃電(ELVES)看上去就像一個巨大的甜甜圈,持續時間一般不到1毫秒,非常短促

光聽名字就可以知道,這種現象與前面說到的「紅色精靈」非常相似。但它的英文名則非常奇怪:「ELVES」,這實際上是英文「電磁脈衝源導致發光及甚低頻擾動」的縮寫詞,這個名字極其拗口,事實上大部分科學家們沒辦法正確的拼寫出來。

這種現象一般出現在距離地面80~100公里高度上,從外觀上看和「紅色精靈」還是有很明顯的區別的。福爾克魯格表示:「它基本上就是不斷向外擴展的光環。看上去就像源自太空的甜甜圈,中間是一個暗黑的洞,它們的直徑可以超過1000公里。」

精靈閃電轉瞬即逝,持續時間一般不超過1毫秒。產生這種現象需要雷暴雲系中出現一種特殊類型的閃電,其具有瞬間上漲的電流強度。和紅色精靈不同,精靈閃電要求迅速的放電過程,因此這兩種現象基本不太可能會同時出現。

相比之下,ELVES發生的頻率要比紅色精靈更多一些,一般每發生1~100次閃電就會出現一次ELVES現象。並且,不僅大型雷暴雲系中會發生ELVES現象,小型雷暴天氣中也同樣會發生。

ELVES一般看上去是白色的,因為其強度非常高。福爾克魯格表示:「它們發生的速度真的非常非常快。因此你用肉眼一般很難看到它。我自己就從未能親眼目睹,儘管我常常刻意去搜尋也還是如此。」

9、藍色噴流與巨型噴流

藝術示意圖:藍色噴流現象

福爾克魯格介紹說:「藍色噴流目前還可以說是一個謎團。」第一個問題就是:它們是藍色的。藍色的大氣現象難以從地面開展研究,因為天空是藍色的。另外這種現象發生的規模也不大,並且也非常罕見。

福爾克魯格表示:「我們還不清楚藍色噴流發生的理想環境條件是什麼。一種說法是,當雷暴雲團上升到非常高的高度上,它們會開始沖入更上方的大氣層環境中。」雷暴雲團內部有非常強勁的上升流,這會使它們上升到超過正常高度的水平上。他說:「當這種情況發生時,藍色噴流現象就會出現,但我們目前還無法確認這一說法。」

但研究人員已經了解的是,還存在另外一種神秘現象,被稱作「巨型噴流」,它似乎是藍色噴流和紅色精靈兩者之間的混合產物。它們是寬度較為寬泛的楔狀發光,相對容易被觀察到,其持續時間可以達到10~100毫秒,因此相對其他雷暴天氣現象,「巨型噴流」的持續時間還是相對較長的。

福爾克魯格說:「在非洲海岸外可以觀察到非常經典的巨型噴流現象。但它們非常罕見,一般每發生100次紅色精靈現象才會出現1~10次巨型噴流現象。」

10、極光

冰島上空的極光美景

發生在地球南北兩極的極光是一場視覺盛宴:藍色,綠色和紅色,虛無縹緲,但這卻是上億公里之外空間天氣事件的準確參照。當太陽活動趨於活躍,強烈的太陽風衝擊地球時,在地球磁場作用下,大量帶電粒子進入地球南北兩極上空的大氣層,與大氣分子之間發生碰撞,產生極光現象。

美國猶他州立大學的查爾斯·斯萬森(Charles Swenson)指出:「極光可以有各種不同的形狀和結構,這主要取決於地球磁場的情況。而對於所有這些不同的形態,人們也分別給了它們不同的名字。你可以將它想像成一條在風中舞動的薄薄席子,當劇烈事件發生時,它就會皺成一團。」

地球並非唯一會出現極光的行星。斯萬森表示:「產生極光只需要這麼幾個條件:有磁場,有大氣,再加上太陽風的衝擊。」木星和土星上都有非常特別的極光現象,這是因為它們的大氣成分與地球不同。

不過實際上極光還不僅僅只是我們肉眼可見的成分,它還有我們看不到的組成部分,而這也正是斯萬森的研究對象。來自太陽風的帶電粒子會在產生極光的同時產生一股電流,這從地面上是難以對其開展相關研究的。在2015年年初,斯萬森主持發射了一枚探空火箭,對這些電流進行了測定。

他說:「現在的問題是,極光中這些看不見的部分,它們的變化和移動是與我們看得到的極光相同步的嗎?儘管現在相關研究才剛剛起步,但我想這個問題的答案應該是肯定的。」

責任編輯: 鄭浩中   來源:新浪科技 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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