球形闪电的机理是什么?

球形闪电的机理是什么?

闪电一般都是“之”字线状形的,但极偶然也能见到一种球形闪电,俗称“滚雷”,它又是自然界中的一种奇异现象。据报道,这种明亮而无声的火球会在空气中飘过,或缓慢地飞舞着,能持续数秒钟之久。有时它能穿过玻璃窗而无任何损坏的痕迹;有时,它又可能将玻璃打得粉身碎骨;有时,它可以飘进建筑物内;有时,它甚至还可进入到金属的飞机舱内。虽然滚雷进去时往往是无声无息的,但它们消失时却伴有强烈的爆破声,有人还会因此而丧生。俄国科学家里奇曼试图重复富兰克林的风筝实验时,他就成了球形闪电的牺牲者。一个拳头般大的淡蓝色的火球离开他的实验室的避雷针,无声无息地飘浮到里奇曼的脸上,而后发生了一声爆炸。里奇曼便倒在房间的地上死了,在他的前额上留下一个红斑,在他的一只鞋底上打穿了两个洞眼。

人们观察到球形闪电消失以后,出现浅褐色的烟雾,有些人还觉察到空气中有一种相当强烈的清新味道。根据已知气体的性质可以判断,浅褐色的烟雾可能是二氧化氮,而有清新气味的则可能是臭氧。1965年前苏联的大气物理学家德米特里耶夫的巧遇证实了这种假设。那年夏天,他到奥涅加河边度假,由于职业的缘故,在他背包里经常放着一些烧瓶,用以采集昼夜不同时刻的空气样品。一天傍晚,下了一场暴雨,德米特里耶夫正站在帐篷旁观赏自然景色。不久空中掠过一个强大的闪电,一、二分钟之后,突然在他面前出现了一个淡红色的火球,火球在离地面大约一米半的高度向他慢慢滚来,边滚边放出黄色、绿色和紫色的小火花,同时发出“噗噗”的声音。当火球滚到他跟前时,它就上升,并且在空中一动不动地停留了几秒钟,然后又向树丛滚去,火球像是给树枝“弄迷糊”似的,它开始急剧地转来转去,接着很快就熄灭了。

职业的本能驱使德米特里耶夫立即扑向背包,从中取出烧瓶,在他手够得着的高度上,采集了球形闪电所过之处的空气样品。在实验室里对这些空气样品进行分析,结果表明样品中臭氧和二氧化氮的含量大大超过了正常值。

烟雾,臭氧的气味,定量分析的结果,都说明在火球内部很可能进行着某些化学反应,但使人费解的是,为什么球形闪电的发光时间那么长(从几秒钟到几分钟)?而一般线形闪电只能持续十分之几到百分之几秒。还有,火球的能量来自何方?这一切都是个谜。

不久前,前苏联科学院原子能研究所的斯米尔诺夫提出了一个球形闪电的理论模型。按照他的意见,最合适的能量贮存者是臭氧。在线形闪电的放电区内,温度可高达20 000℃,在那里就形成臭氧。但臭氧是不稳定的,极容易分解。臭氧分解时又将它从线性放电时积聚的能量释放出来。因而在聚集有臭氧的地方,空气的温度就会急剧上升,于是人们突然看到了火球。近似估算,火球内部的温度可达1 500℃~2 000℃,在这样高的温度下,空气中氮分子的化学性质变得很活泼,并能与氧作用而生成二氧化氮。二氧化氮则与臭氧不同,它甚至在2 000℃的高温下也是稳定的。而且实验证明,二氧化氮有可能使臭氧分解,这样一个“臭氧——二氧化氮”体系寿命在14秒到2 400秒之间。

但是至今对火球的发光机理仍然未弄清楚。有一种看法认为,有某种气体落入臭氧中,加速了它的分解,从而引起发光。那么这“某种气体”究竟是什么?它又是如何加速分解而引起发光的,这还是一个谜!