球状闪电概述

百家趣谈   2017-11-10 23:27

球状闪电概述

球状闪电是一种真实的物理现象,俗称“滚地雷”,看似一种圆球形状的闪电,通常发生在雷暴时候。球状闪电的直径从15厘米到40厘米不等。球状闪电看起来非常闪亮,一般的球状闪电只维持树苗,目前监测最长的是维持了一分多钟。

球状闪电发出的闪光常为白色或者黄色,它可以在空中悬停,也会因碰到障碍物而爆炸,最离奇的是球状闪电还会进入室内发生爆炸。所以说球状闪电的危害是很大的,但是由于其出现的频率很低,科学家们很难做系统的观测。

球状闪电概述

球状闪电特点

大小

球状闪电直径从15~40厘米不等,但也有人称曾见过直径1~2厘米和5~10米大小的球状闪电。其能以固定的频率改变其直径大小,可逐渐衰弱变小,爆炸可使其体积增加并使其终结。能靠分解或重组改变大小。

形状

大部分报道球状闪电为球形或卵形,还有扁长方形、立方体、圆环状、哑铃形、云雾形、圆柱形、子弹形、雪茄形、锥形、透镜形、盾形和螺旋形等。

颜色

两种最常见的颜色是白色和橘黄色,其他较常见的是红、蓝、黄、绿和紫色,银色和黑色很少见。有些球状闪电会变色。

速度

可从静止到难以想像的高速(每小时2万多公里,但这种情况不是在雷暴中),一般速度约为每秒5米,即每小时18公里。

结构似乎是某种等离子体或云雾状物质,有的球状闪电中心是透明的,有的是中空的,或根本没有明显的固定结构,有些球状闪电似乎处在动态变化之中。

运动性

有时是静止的。大部分为直线运动,有些是在一静止位置旋转,有些是不停地转动,有些是按明显的复杂路径来运行的。

寿命

球状闪电一般会持续几秒钟,有些可长达1分钟及以上。

行为

有些会模仿周围的物体运动,有些直冲大地。有些球状闪电似乎在“调查”其他物体。大部分被引向金属性或磁性物体,会发生强烈碰撞,有时会造成很大损伤。闪电球会跳动、分解、重组、衰减、爆炸或同时发生这些变化。

声音

极少情况会形成噼哩啪啦或嘶嘶的声音。消失时会产生爆炸。

温度

球状闪电的高温能把周围树木烤焦,偶尔也有人类因球状闪电受伤死亡的案例。

亮度

球状闪电一般都像路灯一样亮。它们有时白天即可见到。

发生

它们通常发生在雷暴之时,但极少也会发生在之前或之后。大多数的球状闪电都伴随着普通闪电——盘旋着待机而发,但有时它们也像普通闪电一样从云端直击大地。

球状闪电是闪电吗

球状闪电又称电光火球。球状闪电并不是闪电,它与闪电几乎没有相同之处,所以把这种现象命名为“球状闪电”是不准确的,应当命名球状闪电为“电光火球”,即与电磁场有关的等离子态发光球。天然闪电又叫雷电。最常见的雷电形式是线状闪电,其形状犹如倒悬于空中的纵横枝叉,又象是地图上一条支流众多的河流。另外,雷电中还有较少见到的串珠状闪电。电光火球的寿命一般为几秒,个别的可长达几分钟。而普通枝状闪电的寿命不到1秒。

球状闪电是定域于适当的磁场位形空间和速度空间的等离子体,它从周围获得能量,等离子区的直径取决于外部场的频率,因此产生谐振。

球状闪电探索过程

球状闪电早期理论

球状闪电概述

圣艾尔摩之火常被误会为球状闪电同类型事物,但实际成因不同:虽然二者都常在大雨(尤其是雷雨)中发生的,但是圣艾尔摩之火是低温的冷光现象,不会破坏周遭事物。

在研究的早期,科学界都认为球状闪电是子虚乌有的现象,直到几十年后才承认它的真实性。

早在1955年,苏联物理学家便提出球状闪电是雷暴中所产生的电磁干扰效应所引起的。1991年,日本科学家报道了他们在实验中观察到微波干扰所产生的一系列类似球状闪电的现象,他们的人造等离子球也显示出球状闪电的一些特性,如它可沿与主气流相反的方向运动,并可穿越固体物质。

1998年,一位西班牙物理学家认为,所谓的神秘球状闪电其成因并不神秘,这一现象很可能是闪电产生过程中,磁场约束发光等离子体所形成。他建立了闪电磁场模型,认为关键是闪电过程中形成的水平磁场和垂直磁场磁力线圈相互交织而成的磁力线网。在某些特殊情况下,这一磁力线网有可能会呈现出球形,而发光等离子体会被这一网所“俘获”而形成球状闪电。这一火球效应会一直持续到等离子体开始冷却。研究人员指出,根据他们的预算,火球持续时间最多可达10至15秒。当等离子体冷却后,电子开始被原子所束缚,等离子体内部电阻变大、电流趋弱,周围的磁场也将随之瓦解,最终火球不复存在。

按照这一理论,球状闪电绝大部分较冷,但在沿磁力线方向局部温度则极高。研究人员指出,据此就可很好的解释为什么火球并不发热而触到物体后往往容易着火。

球状闪电现代理论

2000年,两位新西兰科学家提出了他们的新理论。当一般的枝状闪电击到土壤中,土壤中的矿物质会转换成纳米纯硅和硅化合物颗粒。这些尺寸不足十分之一微米的微型颗粒,会在闪电的能量作用下由土壤蒸发进入大气。这一过程,就像抽烟者从嘴中吐出烟圈。进入大气的含硅颗粒会首先连接成链,然后组成能随气流运动的球状细丝网。该球状细丝网中的颗粒具有很高活性,会在特定条件下缓慢燃烧,并释放出光和热而形成所谓球状闪电。

根据弦理论,球状闪电是弦间隙微震阶段,能量集中在一点时的产物。就这一理论来说,球状闪电的产生,与地球当前的地质环境无关。

根据弦理论,这是因为球状闪电在作无规则运动时,弦的能量(不是球状闪电的能量)由于压差而在某一物体(该物体可以是冰箱也可以是生鸭、生肉)上散发的结果,前提是该物体正好处于压差地带。由于该物体结构联系的连续性而使得整个该物体成为弦能量散发的集中点。

球状闪电概述

2002年1月15日英国皇家学会在其学术杂志 《哲学学报》的专刊上发表了一组有关球状闪电理论的文章。这些理论分别由物理化学家、物理学家和化学工程师提出。他们提出了3个解释球状闪电缘由的新理论。其主要内容分别是:

1.球状闪电是由含有水合离子的小水滴组成的,它通过离子反应来释放能量。在这个理论中,球状闪电是一个包含等离子体的电化学结构,这一结构是由温度、压力、电磁场和重力场的微妙平衡来维持的。

2.球状闪电是由聚合体细丝缠绕而成,通过表面放电来释放能量。在该理论中,灰尘中的自然微粒,像来源于纤维素、煤烟或硅土中的微粒都能形成细丝状结构,这些细丝聚合起来就变成了一个高度充电的球体,当它表面放电时,就发出了光和热。

3.球状闪电是由金属纳米粒子链构成,其能量释放是通过金属纳米粒子的表面氧化来进行的。在这个理论中,普通的闪电能引起像土壤或木材这样的物质释放金属蒸气,这种带电的金属蒸气浓缩成一个网状的金属纳米粒子球。

这些理论都有些说服力,特别是第三个理论,可以解释为什么球状闪电能够穿过墙壁和关着的窗子,似乎更有说服力。

球状闪电危害

科学家推测,球状闪电是一团带有高电荷的气体混合物,球状闪电的破坏力是十分惊人的,世界各地都发生过很多这种闪电造成伤害的报道。球状闪电既可以破坏玻璃窗,也能使墙壁的外层剥落,它也曾造成人和动物的伤亡。

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