探秘宙斯之杖――球状闪电之谜

　　目前，正式发表的球闪目击报告有近万份，其中不乏身为科学家或工程师的目击者。韦斯科夫在一次关于球闪的讲座中提到其导师玻尔就是一名球闪目击者。科学家们从大量目击报告统计出了球闪的主要特征: 跟普通闪电紧密相关；维持球体(20-1250px)超过1秒；在空气中悬浮并水平运动；可在飞机和密闭空间内形成, 还可传过玻璃；产生刺激性气味和发出嘶嘶或嗡嗡声；安静或爆裂消失。这确立了球闪的真实存在性，同时又体现它和普通闪电许多不同的神秘之处。

　　球闪的早期研究

　　闪电实际上是云层中电荷释放到地面的一种现象。雷电云的底端往往聚集着大量的电子，与地面之间电压高达百兆伏特。由于某种触发机制，这些电子向地面俯冲下来，形成先导。先导发出的光很弱，肉眼看不见。通过高速摄像机可以揭示，先导一步一步下行，每一步在1微秒内形成，停顿约50微秒后开始下一步。先导接近地面时，先导和地面之间的电场已经很大，这时地面上的一些突起就会发生尖端放电。放电产生的离子受先导吸引而上行，离子与先导接触后就连通了云地之间的等离子体通道，之后电流迅速增加，通道得到加热并剧烈膨胀，发出耀眼的光芒和轰隆声。一般整个闪电过程持续约0.1秒。

　　受阿拉戈影响，电磁学先驱法拉第在他着名的《电学实验研究》中表示他不否认球闪存在，但是他认为寿命较长且行动缓慢的球闪与一刹那的闪电可能没有必然联系。法拉第指出的正是球闪和闪电的本质区别，也就是说球闪并不是传统意义上的闪电。

　　我们知道雷击点会诱发火灾和物质溅射，因此，马森布罗克和阿拉戈猜想球闪是一种燃烧火球，建立了球闪的化学模型。其他人认为球闪是土壤溅射形成的硅蒸汽或者消融后的金属。但是，燃烧反应和硅蒸汽并不一定呈现球状，消融的金属球也不能在空气中悬浮；另一个事实是这些化学火球都不能轻易穿过玻璃。他们的解释并不令人信服。

　　

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　　图4 球状闪电的真实视频记录照片(PRL,2014中国观测)

　　1900年左右，大家都在用直流放电来模拟闪电过程，试图产生球闪。该时期电学怪才——特斯拉提到自己制作出了疑似球闪的火球。几十年后其学生分析了他的实验记录，发现这种火球的能量极低，不大可能是球闪。

　　后来，在研究放电的过程中，人们把放电产物定义为等离子体。作为物质第四态, 等离子体由电子和离子组成，占到可见物质的90%以上。等离子体一般很热，成千上万度，譬如太阳就是一个不断发生核聚变的巨大等离子体。有些人认为球闪很可能就是一团等离子体。因为等离子体的行为很像流体，不太稳定。为了解释球闪的稳定性，人们必须假设等离子体团是旋转的。但是，这种等离子体也难以穿越玻璃。

　　为了解释球闪，人们还提出了其他更加离谱的解释，譬如：暗物质，黑洞，磁单极，超导等。1987年，闪电物理权威乌曼说: “球闪毫无疑问是存在的，但是很不幸，大部分理论只能说是垃圾。”目前，关于球闪文献已有2000多篇，在1971、1980、1999年都有不断出版的球闪专着，球闪的理论模型也已有几十种，但没有一个能合理地解释球闪特征并得到广泛承认。实验上，1999年，金兹堡在一篇物理综述中指出只有在实验室中成功复制球闪后，才可能建立一个成功的球闪理论。遗憾的是，直到现在，还没有人能在实验室成功产生类似球闪的火球。

　　