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球形闪电是怎么回事?

科普小知识2022-03-18 11:57:34
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“一轮明月在天空闪耀。我站了一会儿,看见我面前有一堆奇怪的火,好像有人拿着灯向我走来。几秒钟后,我看到了一盏昏暗的圆形灯。我心想,这真的很奇怪。谁在这片野生森林里举着灯笼?看到奇怪的灯越来越近。地面崎岖不平,灯光有时靠近地面,有时升高。周围是死一般的寂静,甚至没有脚步声。我开始感到有点害怕。我不知道我遇见了谁或者我遇见了什么。它似乎是一个大约两个拳头大小的暗白色火球。后来它靠近了,我能清楚地看到它。有两次,它的外壳似乎裂开了,可以看到里面的浅蓝色光线。火球有一条又细又亮的尾巴……”

上面是著名的俄罗斯旅行家阿尔谢尔·内夫在他的一本书中留下的记录。同样,类似的情况也发生在法国科学家弗拉马·莱昂位于巴黎的家中。有一次,突然,一个火球从他房间的某个地方滚了出来,就像一只毛茸茸的、闪亮的、蜷缩着的小猫。这只“小猫”滚到了主人的脚边,好像是在自娱自乐。弗拉马·莱昂害怕地让开了路,但这只“小猫”在前面挤着,爬上了他的脸旁边。他一直躲着。火球还发出吱吱的声音,升到了屋顶。它滚到纸糊烟囱的洞口,不受阻碍地进入烟囱。突然传来一声低沉的爆炸声。火球消失了,烟囱被炸成碎片。

球形闪电是怎么回事?

这两件事都是关于一种奇怪的自然现象——球状闪电。这个在闪电后突然出现的神秘闪光球引发了许多神话和迷信。球状闪电有各种各样,鲜红色、粉色、耀眼的白色、蓝色和黑色。它有不同的形状和气质。它喜欢随风游动,所以它可以穿过门缝、窗缝、烟囱等。有时候,它会挂在你的头上,让你的头发竖起来,然后悄悄地消失。

不是每个人都能免受球状闪电的伤害。当它遇到障碍时会爆炸。有一次,两个路人在路上遇到了雷雨,所以他们在饲养场躲雨。突然,一个红色和黄色的火球出现在房子旁边的树梢上。球掉了下来,滚向仓库。滚到一边,他们忍不住拳打脚踢,轰,两个人没怎么样,但仓库里的十二头牛死了十头!

这是目击者的描述,科学如何解释这场奇怪的火灾?长期以来,科学不承认它的存在。19世纪末,一本物理教科书甚至说球状闪电不可能存在,因为它不符合自然规律。但事实毕竟是事实,这样的事实越来越多。球形闪电的现实是不可否认的。科学家开始思考,为什么它会存在?你为什么保持球形?它为什么在动?

为了回答这些问题,一个接一个的假设相继出现。有些人认为它是一种带有强电的气体混合物。它不稳定,一旦接触到电导体,可能会放电并爆炸。有些人认为球状闪电是大气中氮和氧的化合物,通常在闪电周围形成,冷却后消失。其他人认为球状闪电源是一种波长为30至70厘米的高强度超短波。尽管各种假设可以回答一个问题,但不能解释其他问题。就这样,球状闪电成了一个谜。20世纪80年代,在莫斯科举行的世界电工会议称之为“世纪之谜”。

现在,科学揭开了这个谜团。原来,这种球状闪电属于一种等离子体,它与原子是分开的。然而,它不像离子体那样热,不像热核反应产生的那样热,而是一种“冷”等离子体,类似于荧光灯中的等离子体。它是由气体放电产生的,闪电恰好就是这种放电,因此产生等离子体。

为什么在实验室里,血浆只能在容器外存在几分之一秒,但却能平静地漂浮在大自然的空气中?这真是令人费解。原来等离子球的存在是因为它的分解。诚然,“根”在于线性闪电。实验证明,线性闪电产生高频电磁波。这种电磁波被“密封”在等离子体中,等离子体将变成球状闪电,并在适当的时候发挥主导作用。高频电磁波驱动一些电子到中心,离子紧跟在电子后面。然而,在外围,电子在高速飞行。结果,喷气发动机的气流从各个方向被向内挤压,电磁场像容器壁一样受到限制。

这样说似乎很正确,但根据物理定律,维持上述状态所需的能量比从线性闪电获得的能量高得多。那么,球状闪电点火源的能量来自哪里?最初,它来自闪电的静电场。大气中的氧和氮形成一串电子,由闪电场驱动,在球状闪电中疾驰,从而形成电磁波,不断为等离子体补充能量。从表面上看,虽然这种球并不显眼,但它是一个复杂的电荷系统,不断与地面上的物体相互作用。例如,电会将闪电引入门、窗或房子的洞内。因此,球状闪电喜欢跟随水流。

为什么球状闪电有时会发出轻微的吱吱声,但有时会发出震耳欲聋的爆炸声?最初,这取决于球状闪电是否有很大的胃口。它只需要和路灯一样多的能量。如果大量电能加到路灯上,它就会爆炸成碎片。球形闪电从周围环境中重新充电。如果它“吃掉”自己的肚子,它就会爆炸。当它遇到障碍物时,其中的电磁波将被摧毁并爆炸。如果球状闪电由于各种大气原因而无法持续,它会悄悄地熄灭。

这就是球形闪电的全部答案。好奇的读者可能会问,球形闪电能在实验室里制造吗?是的,只要空气不太干燥或太潮湿,就先电离空气。第二个条件是有足够场强的恒定电场,但场强不能太大,否则击穿将形成线性闪电。最后,有必要控制人工闪电的范围和规模,否则它将遭受损失。