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球状闪电“现形记” |
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中国科学家绘出世界首个球状闪电光谱 |
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■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)
