作者:刘晓倩 来源:中国科学报 发布时间:2014-3-19 11:10:19
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球状闪电“现形记”
中国科学家绘出世界首个球状闪电光谱
 
■本报记者 刘晓倩
 
“哦!”巨大的雷声之后伴随着一阵惊呼,一个非常强的闪电划过夜空,引发了一个球状闪电。高速摄像机背后,西北师范大学物理与电子工程学院岑建勇博士迅速按下按钮,拍下了国际上首个球状闪电光谱。
 
3月12日,西北师范大学物理与电子工程学院教授袁萍接受《中国科学报》记者采访时,回忆起2012年夏,科研小组在青海省大通县一个偏僻村子拍摄自然闪电光谱,偶遇球状闪电的经历,仍按捺不住兴奋之情。
 
此后,利用高精度科学实验仪器,研究小组证实了自然界中球状闪电的产生形式以及主要成分。近日,该成果发表于《物理评论快报》。
 
数百年来,球状闪电在科学界一直是个难解的谜。这篇论文发表后,一位奥地利的专家发来邮件说,作为国际球状闪电委员会(ICBL)的成员,他们从1988年开始研究球状闪电,直到现在只拍到过一次普通照片。
 
“能记录到球状闪电光谱,简直是太幸运了。”袁萍对《中国科学报》记者说。
 
2012年夏,袁萍照常带领研究小组到野外拍摄自然闪电光谱。这一次他们将地点选在了青海省大通县一个偏僻的村子。晚上8点,电闪雷鸣,研究小组在村小学的二层教学楼观测。
 
“金属物品、手机都放下了吗?”袁萍再次叮嘱学生们。在野外观测闪电是很危险的,每次观测,袁萍都要仔细叮嘱每一个学生安全操作规程,为了避免触电,就连观测仪器的金属边角都要用绝缘带粘住。
 
“21时54分59秒,天空出现了一道特别强的闪电,这个闪电打在小山上,伴随着爆炸一般的雷声,闪电通道消失后,一个光球持续点亮。”袁萍回忆道,当时自己距离球状闪电约900米,看得十分清楚,资料分析显示,球闪在地面穿行15米,水平方向移动速度约为8.6米每秒,持续时间1.64秒。接下来,大家闻到一种从未在雷电现场闻到的味道,“有点像臭氧,可能是球闪过程形成的氮氧化物”。
 
球状闪电俗称滚地雷,是一种神秘且罕见的自然现象,关于它的报道大部分来自于目击证人,但没有人拍摄记录到这一现象。它曾经被误认为是不明飞行物,几个世纪以来一直没有合理解释。球状闪电通常发生在雷暴天气,呈球形,直径为几厘米到几米不等,能维持数秒,且会以数米每秒的速度运动,十分光亮,具有多变的色彩。球状闪电能穿过门、窗的缝隙,登堂入室、钻进人家,它有时发生爆炸,毁坏建筑物,造成人畜伤亡。它在行进的沿途,遇到任何障碍物时无坚不摧,却又不烧坏周围的可燃之物。通常,一个球状闪电爆炸时释放出的能量,约相当于10公斤TNT炸药爆炸时放出的能量,一般会留下烧焦、硫磺或臭氧的气味。很多科学家试图从理论和试验上来解释球状闪电,但至今没有得到一个公认的说法。
 
分析高速摄影仪拍摄下的两千多张照片,袁萍研究小组让球状闪电“现形”。袁萍说,这次野外记录到的球状闪电,是云对地闪电击中地面后形成的,其发射谱线主要来自于土壤和空气。从照片中可以清楚地看到,球状闪电从最初的紫白色,到橙白色,再到白色,最后好像炭要燃尽一样变为红色。
 
通过光谱分析,研究小组发现:一般闪电的成分是氧气和氮气,而球状闪电中还有硅、铁、钙等元素。也就是说,闪电击中土壤使其发光发热,形成球状闪电。
 
目前,研究小组正在对光谱进行定量分析,从而得出球状闪电的温度、能量等数据,以揭示它的物理机制。“这样就能解释大家最关心的问题:球状闪电比一般闪电持续时间长,能量从哪里来?”
 
《中国科学报》 (2014-03-19 第4版 综合)
 
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