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天空10大神秘发光现象:从球形闪电到红色精灵

   日期:2018-09-25     浏览:384    评论:0    
核心提示:北京时间10月13日消息,据英国广播公司(BBC)网站报道,地球大气除了我们常规知道的一些天气现象之外,还有一些发光现象。闪电
 北京时间10月13日消息,据英国广播公司(BBC)网站报道,地球大气除了我们常规知道的一些天气现象之外,还有一些发光现象。闪电当然是我们都非常熟悉的,除此之外还有极光。不过另外一些大气发光现象——从圣艾尔摩之火到红色精灵——可能就会显得非常陌生而神秘。

  1、圣艾尔摩之火

1492年,哥伦布的船队在航行途中看到的“圣艾尔摩之火”

  海上航行的水手们有时在晚间会看到他们驾驶的船只桅杆顶端发出一种诡异的蓝色辉光。这种光不具有高温,也不会引起火灾,人们将它视作一种好运的征兆,并将它称为“圣艾尔摩之火”。

  自从他的哥哥亲眼目睹了一次“圣艾尔摩之火”的现象之后,美国威斯康星大学麦迪逊分校的大气科学家史蒂夫·艾克曼(Steve Ackerman)就被这种神秘现象深深吸引了。

  艾克曼的哥哥当时正在一个风雨交加的天气里,在自家地下室里处理一些铜质管道。他说:“此时一个雷暴云团逐渐移动到该地区上空,然后突然之间其中一些铜质管道上方出现了一种蓝色辉光。自那时候起,我就开始着手想要弄清楚究竟是什么产生了这种现象。”

  雷暴云团会产生强大的电场,这是因为在地面与雷暴云团之间存在巨大的电势差,你可以将其理解为静电。而这种电场在一些尖利物体的端部就会被加强,比如金属管道或是船只的桅杆顶端。

  如果这一电场强度足够强大,那么它甚至能够撕裂空气分子,使其成为带电粒子。于是空气成了“等离子体”并产生发光现象。

  在实验室中你也可以重现这种等离子体辉光现象,方法便是使用尖利物体来加强电场强度。不过尽管已经了解了其成因,但艾克曼还是非常希望能够在自然界环境中再次看到天然发生的“圣艾尔摩之火”现象,他说:“我到目前为止都没能亲眼看到过一次,但我很希望未来会有机会一饱眼福。”

  2、“沼泽鬼火”

一幅19世纪的雕刻画作,展示了“沼泽鬼火”的景象

  和圣艾尔摩之火一样,沼泽鬼火也是一种几个世纪以来人们一直有所耳闻的神秘发光现象。但和圣艾尔摩之火有所不同的是,近代以来人们报告看到沼泽鬼火的案例正在变得越来越少。

  从它的名字中就能大致感受到目击者的疑惑,这种发光现象虚无缥缈,并且从未能在实验室中被重复制造出来。

  根据目击者的描述,沼泽鬼火像是一种火光,时而闪烁,时而稳定,距离地面很近,一般发生在郊外的沼泽地带,并且持续的时间很短,一般几分钟之内就会消失。

  路易吉·加拉斯切利(Luigi Garlaschelli)来自意大利帕维亚大学,其最广为人知的成就是在实验室中复制了名噪一时的所谓“都灵裹尸布”。加拉斯切利同样对自然界的鬼火现象非常感兴趣,但目前仍然找不到可供他研究的案例。

  加拉斯切利说:“真正的问题就在于或许这种现象根本就不存在。我们必须选择去信任,或是抱有希望,那些声称看到鬼火现象的目击者们都没有撒谎。”而如果这种所谓的“鬼火”现象的确在自然界中存在,那么加拉斯切利将会对数种潜在可能性进行测试。比如说,这种鬼火据信多发生在沼泽地带,那么它就很有可能与沼泽释放的可燃性气体有关,其中主要成分是甲烷。但这里存在的问题就是这些气体是如何被点燃的?

  或者,这些目击报告根本就是虚假的,或许是目击者自己头脑中想象出来的幻觉,或者那些亮光其实是月光在潮湿地面上的反光,目击者错误的将其误以为是火光。

  3、地震光

日本出现的地震光

  美国“搜寻地外文明”(SETI)研究机构专家弗里德曼·福伦德(Friedemann Freund)指出:“你会感觉自己正置身于一个巨大光球的中央。或许你的头发会带电,你的头顶可能会发光,远远看去就像一个圣人,但这种光却不会引发任何燃烧风险。你或许会对这种现象感到好笑,但你不会受到伤害。”

  以上就是当你真正遭遇一次地震光时可能会有的感觉。福伦德表示,这种光是某种特定类型的岩层正在巨大应力作用下积累大量静电过程中发生的空气电离发光。他说:“我们猜想,当我们以非常高的速度将两侧岩层挤压到一起,这一过程中释放的大量电荷将会以等离子体放电的形式显现出来。”但具体的外部表现则可能会有很多不同的形态或颜色。

  在地震发生时出现的地震光则似乎是从地底下释放出来的,分布范围可以达到方圆数公里。在夜空中这种光的高度可以达到200~300米,持续时间只有一瞬,但一个接着一个的反复出现。

  在近期几年,监视相机的逐渐普及让人们拍摄到一些非常漂亮的地震光画面。福伦德表示:“其中一些质量最佳的地震光记录画面出现在秘鲁。我的一个在当地大学工作的朋友碰巧录下了发生在秘鲁首都利马南部一次8级强震期间的地震光画面。当时地震波正抵达当地,此时天空中出现了强烈的地震光。”

  4、球形闪电

人们一度怀疑球形闪电是否真实存在

  在很长一段时间里,很多人都认为球形闪电不过是一种传说,但事实上,这种现象是真实存在的。

  在2012年,一个研究小组正在中国青海高原地区开展常规的闪电监测工作。突然之间,一个直径约5米的球形闪电出现在科学家们面前。它发出耀眼的白色光芒,随后慢慢变成红色,持续几秒钟后最终消失。

  这是人类首次在自然界对真实的球形闪电现象进行研究。科学家们采集到了这个明亮的球形闪电的光谱,他们试图通过分析了解这种神秘现象的真实面目。

  分析结果显示球形闪电的光谱中指示的来源竟然是:土壤。在常规情况下,从暴雨云团指向地面的条带状闪电击中地面,它会蒸发掉土壤中的某些矿物。其中的一些含有一些硅酸盐化合物,而在某些极端情况下,它们会发生反应并产生硅丝物质。

  这些硅丝物质的化学性质是极度活跃的,一旦产生后便会立即与空气中的氧气发生作用并燃烧,从而形成研究人员们所看到的明亮火球。

  5、绿色闪光

日落时分出现在太阳上方的“绿色闪光”

  有时候,在太阳即将落山前的一瞬间,在太阳上方会出现一种明亮的绿色光芒。但这并非是太阳改变了颜色,而是一种海市蜃楼效应。

  地球大气会将太阳发出的白色光分解成不同的色光,就像棱镜的作用一样:红色光波长较长,它受到的完全影响更大一些,随后依次是橘色,黄色,等等。由于红色光遭受的是最强烈的弯曲效应,因此看上去会感觉红光最早落入地平线,随后依次是橘色光,黄光和绿光。而那些跟在绿光后面波段的色光——蓝光,靛色光和紫色光则会受到大气分子的强烈散射,这也是为什么我们平常看到的天空是蓝色的缘故。但也正是由于这一原因,在日落时分最后一个能够被看到的色光应该就是绿色光。

  在正常情况下这种色光之间的差异效应是非常微小的。要想让绿色光可见,还需要一种幻象效应,使得太阳看上去显得更大。在这种幻象效应作用下,太阳看上去会感觉在晃动,就像是水面的波纹。海平面上常常可以产生最佳条件,让人一睹这种奇异绿色闪光的景致。

  6、向上闪电

  1935年,通用电力公司的卡尔·麦凯克伦(Karl McEachron)从安装在纽约帝国大厦顶端的监视相机中发现了某种奇怪的现象:相机记录到一道闪电,但它的方向并非平常的闪电那样是从云端指向地面,而是相反,从帝国大厦指向雷暴云团。

  气象学家们现在知道,大约每1000次闪电中就会出现一次向上方向的闪电。但尽管对这一现象已经开展了长达数十年的研究,但科学家们至今仍然不清楚其产生机制。

  风暴摄影师汤姆·华纳(Tom Warner)目前正在美国南达科他矿业理工学院致力于对向上闪电具体成因机制的研究。他和其他研究人员已经证明存在着两种不同的向上闪电,但这两者的产生都需要有高层结构的存在,如高楼或是风力发电塔。

  第一种向上闪电的发生首先需要在附近先发生一次常规的,从云层指向地面的雷击事件。这样一次雷击事件将导致电场紊乱,从而触发所谓“雷电先导”(lightning leader),这是一股正电荷或负电荷,它将迅速向上升起,指向雷暴云团中与其带有相反电荷的区域。

  而第二种则不需要事先在附近发生过雷击的条件,而是可以自发地出现向上的雷击。自从2004年开始迷上这一现象之后,华纳已经研究并拍摄到数次这种罕见现象。为了获得珍贵的数据和图像,他会自己驾驶特制的飞机冲入暴雨云团。他说:“能够在如此近距离上经历暴风雨,甚至是在暴雨云团的内部驰骋,这感觉真的棒极了!这是巨大的挑战,需要你聚精会神。每次我驾机穿越暴雨云团,我都会再次确认,这里真的不适合飞行!”

  7、“红色精灵”

1994年7月4日,人类首次拍摄到红色精灵现象的彩色照片

  在暴雨云团上方极高空大气中,这里远离雷暴云系与地面之间放电产生的闪电现象。然而有时候这里却会出现一些幽灵般的红色闪光,长度可以从数十公里一直到上千公里。从远处看就像高空中悬浮着的植物卷须或是水母触手。

  这种现象现在被称作“红色精灵”或“幽灵闪电”(sprites),一般只有在非常大型的雷暴云系中才会出现。英国巴斯大学的马丁·福尔克鲁格(Martin Fullekrug)表示:“这种现象强度极高。雷暴云系中必须产生某种非常特殊的闪光,但这种现象极其罕见。或许在1000次闪电过程中才会出现一次幽灵闪电现象。”

  这样的闪电将从雷暴云系中带走大量电荷。只有一个延续长度很长,缓慢传播中的电流体系能够孕育出“红色精灵”,这样的条件只能出现在直径超过100公里以上的大型雷暴云系中。此前有关这种现象的记载极其罕见,不过随着相机价格的持续下降,人们拍摄到这种神秘红色闪光现象的报告也正呈现上升趋势。

  一台普通的闭路电视加装质量较好的夜视相机偶尔就能记录到图像质量较差的红色精灵图像,而业余流星观测者们也为这一现象的观测数据积累作出很大的贡献。

  福尔克鲁格说:“你可以用价值几百英镑的相机拍摄到低质量的红色精灵图像。经过一定指导后,每个人都能做到!”

  8、精灵闪电

精灵闪电(ELVES)看上去就像一个巨大的甜甜圈,持续时间一般不到1毫秒,非常短促

  光听名字就可以知道,这种现象与前面说到的“红色精灵”非常相似。但它的英文名则非常奇怪:“ELVES”,这实际上是英文“电磁脉冲源导致发光及甚低频扰动”的缩写词,这个名字极其拗口,事实上大部分科学家们没办法正确的拼写出来。

  这种现象一般出现在距离地面80~100公里高度上,从外观上看和“红色精灵”还是有很明显的区别的。福尔克鲁格表示:“它基本上就是不断向外扩展的光环。看上去就像源自太空的甜甜圈,中间是一个暗黑的洞,它们的直径可以超过1000公里。”

  精灵闪电转瞬即逝,持续时间一般不超过1毫秒。产生这种现象需要雷暴云系中出现一种特殊类型的闪电,其具有瞬间上涨的电流强度。和红色精灵不同,精灵闪电要求迅速的放电过程,因此这两种现象基本不太可能会同时出现。

  相比之下,ELVES发生的频率要比红色精灵更多一些,一般每发生1~100次闪电就会出现一次ELVES现象。并且,不仅大型雷暴云系中会发生ELVES现象,小型雷暴天气中也同样会发生。

  ELVES一般看上去是白色的,因为其强度非常高。福尔克鲁格表示:“它们发生的速度真的非常非常快。因此你用肉眼一般很难看到它。我自己就从未能亲眼目睹,尽管我常常刻意去搜寻也还是如此。”

  9、蓝色喷流与巨型喷流

艺术示意图:蓝色喷流现象

  福尔克鲁格介绍说:“蓝色喷流目前还可以说是一个谜团。”第一个问题就是:它们是蓝色的。蓝色的大气现象难以从地面开展研究,因为天空是蓝色的。另外这种现象发生的规模也不大,并且也非常罕见。

  福尔克鲁格表示:“我们还不清楚蓝色喷流发生的理想环境条件是什么。一种说法是,当雷暴云团上升到非常高的高度上,它们会开始冲入更上方的大气层环境中。”雷暴云团内部有非常强劲的上升流,这会使它们上升到超过正常高度的水平上。他说:“当这种情况发生时,蓝色喷流现象就会出现,但我们目前还无法确认这一说法。”

  但研究人员已经了解的是,还存在另外一种神秘现象,被称作“巨型喷流”,它似乎是蓝色喷流和红色精灵两者之间的混合产物。它们是宽度较为宽泛的楔状发光,相对容易被观察到,其持续时间可以达到10~100毫秒,因此相对其他雷暴天气现象,“巨型喷流”的持续时间还是相对较长的。

  福尔克鲁格说:“在非洲海岸外可以观察到非常经典的巨型喷流现象。但它们非常罕见,一般每发生100次红色精灵现象才会出现1~10次巨型喷流现象。”

  10、极光

冰岛上空的极光美景

  发生在地球南北两极的极光是一场视觉盛宴:蓝色,绿色和红色,虚无缥缈,但这却是上亿公里之外空间天气事件的准确参照。当太阳活动趋于活跃,强烈的太阳风冲击地球时,在地球磁场作用下,大量带电粒子进入地球南北两极上空的大气层,与大气分子之间发生碰撞,产生极光现象。

  美国犹他州立大学的查尔斯·斯万森(Charles Swenson)指出:“极光可以有各种不同的形状和结构,这主要取决于地球磁场的情况。而对于所有这些不同的形态,人们也分别给了它们不同的名字。你可以将它想象成一条在风中舞动的薄薄席子,当剧烈事件发生时,它就会皱成一团。”

  地球并非唯一会出现极光的行星。斯万森表示:“产生极光只需要这么几个条件:有磁场,有大气,再加上太阳风的冲击。”木星和土星上都有非常特别的极光现象,这是因为它们的大气成分与地球不同。

  不过实际上极光还不仅仅只是我们肉眼可见的成分,它还有我们看不到的组成部分,而这也正是斯万森的研究对象。来自太阳风的带电粒子会在产生极光的同时产生一股电流,这从地面上是难以对其开展相关研究的。在2015年年初,斯万森主持发射了一枚探空火箭,对这些电流进行了测定。

  他说:“现在的问题是,极光中这些看不见的部分,它们的变化和移动是与我们看得到的极光相同步的吗?尽管现在相关研究才刚刚起步,但我想这个问题的答案应该是肯定的。”

 
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