球状闪电

球状闪电

球状闪电（英文名：Ball lightning）别名滚地雷，是一种真实的物理现象，为圆球形的闪电球，通常在强雷雨的恶劣天气里发生，它一般发生在线状闪电之后，球状闪电的平均直径为25厘米，大多数在10～100厘米之间，小的只有0.5厘米，最大的直径达数米,发出红色或桔黄色的光，偶尔发出美丽的绿色，一般寿命只有1～5秒，最长的可达数分钟。[1][3][4][5][6]除此外，球状闪电可以在空气中独立而缓慢地移动，一般速度约为每秒5米，大部分为直线运动，或是在一个位置旋转或按明显的复杂路径来运动，在运动过程中，其光度、形状及大小都保持不变。[2][5][6][7]科学家推测球状闪电是一种气体漩涡，产生于闪电通路的急转弯处，是一团带有高电荷的气体混合物，主要由氧、氮、氢以及少量的氧化氢组成[3]最早记录的球状闪电目击事件发生在1638年，当时一个“大火球”从英国教堂的窗户射出。这和其他早期的说法表明，球状闪电可能是致命的，相关案例之一涉及18世纪的电力研究员乔治·里奇曼（Georg Richmann），他不幸被球状闪电杀死。[8][9]来自中国西北师范大学兰州的研究人员在使用摄像机和光谱仪研究2012年的雷暴时无意中记录了一次球状闪电事件。球在雷击后出现，水平行进约10米（33英尺）。光谱仪在球中检测到硅、铁和钙，所有这些都存在于当地土壤中。2006年，以色列特拉维夫大学的研究人员使用微波束创造了实验室版本的球状闪电。2018年，量子物理学家展示了一种合成的打结磁场，可以镜像并可能有助于解释球状闪电。[10][9][1]

球状闪电（英文名：Ball lightning）别名滚地雷，是一种真实的物理现象，为圆球形的闪电球，通常在强雷雨的恶劣天气里发生，它一般发生在线状闪电之后，球状闪电的平均直径为25厘米，大多数在10～100厘米之间，小的只有0.5厘米，最大的直径达数米,发出红色或桔黄色的光，偶尔发出美丽的绿色，一般寿命只有1～5秒，最长的可达数分钟。[2][4][5][6][7]除此外，球状闪电可以在空气中独立而缓慢地移动，一般速度约为每秒5米，大部分为直线运动，或是在一个位置旋转或按明显的复杂路径来运动，在运动过程中，其光度、形状及大小都保持不变。[3][6][7][8]

科学家推测球状闪电是一种气体漩涡，产生于闪电通路的急转弯处，是一团带有高电荷的气体混合物，主要由氧、氮、氢以及少量的氧化氢组成[4]最早记录的球状闪电目击事件发生在1638年，当时一个“大火球”从英国教堂的窗户射出。这和其他早期的说法表明，球状闪电可能是致命的，相关案例之一涉及18世纪的电力研究员乔治·里奇曼（Georg Richmann），他不幸被球状闪电杀死。[9][10]来自中国西北师范大学兰州的研究人员在使用摄像机和光谱仪研究2012年的雷暴时无意中记录了一次球状闪电事件。球在雷击后出现，水平行进约10米（33英尺）。光谱仪在球中检测到硅、铁和钙，所有这些都存在于当地土壤中。2006年，以色列特拉维夫大学的研究人员使用微波束创造了实验室版本的球状闪电。2018年，量子物理学家展示了一种合成的打结磁场，可以镜像并可能有助于解释球状闪电。[11][10][2]

球状闪电经常被错误地识别为圣埃尔莫的火[注1]，但实际上这是两种不同的现象，圣艾尔摩之火其实是一种冷光（或称为电激发光）冠状放电现象。[12][13]几个世纪以来，科学家们提出了许多假设来解释有关球状闪电的报告，但有关球状闪电的科学数据仍然很少。推测球状闪电存在的依据是公众目击报告，但这些报告得出的结论并不一致，并且由于缺乏数据，使得球状闪电作为一种独特的物理现象存在。[14]

形成

1955年，苏联物理学家便提出球状闪电是雷暴中产生的电磁干扰效应引起的。[15]球状闪电通常发生在枝状闪电之后，科学家推测两者可能存在关联。[4]按照闪电形状分类可分为：线状闪电、枝状闪电和球状闪电三种，球状闪电是一种十分罕见的闪电形状, 多半在强雷雨的恶劣天气里才会出现并且很难被观测到。[5]关于球状闪电的形成原因，当前较为被各方所接受的解释有二，一种理论认为当土壤受到闪电袭击，会向大气中释放含有硅的纳米微粒，在这些纳米微粒中以化学能的形式储藏着来自雷电的能量，当达到一定高温时，这些微粒就会氧化并释放能量。另一个理论认为，球状闪电是被闪电电离的气体与水蒸气结合成高温的等离子球体，外边包裹着冷的等离子外壳。然而这两种理论无法解释所有的球状闪电现象。[7]

枝状闪电和球状闪电
枝状闪电和球状闪电

早期的观测与发现

11世纪，中国北宋著名科学家沈括在《梦溪笔谈》中也记述了一次球形闪电的实况。球形闪电自天空进入“堂之西室”后，又从窗间檐下而出，雷鸣电闪过后，房屋安然无恙，只是墙壁窗纸被熏黑了。令人惊奇的是，屋内木质的易燃漆器都没有被烧毁，镶嵌在漆器上的银饰却反而被熔化，成为当时的一件奇闻。[6]

12世纪的本笃会僧侣格尔瓦斯（Gervase），他来自坎特伯雷的基督教大教堂修道院，肯特郡，记录道："一则奇迹的迹象于1195年6月7日降临在伦敦附近"。 他继续描述了一朵浓密而黑暗的云彩，散发出一种白色物质，这种物质在云彩下形成了一个球形，从中掉落下一颗炽热的火球，直朝着河流坠落。 杜伦大学的退休物理学教授布莱恩·坦纳（Brian Tanner）和历史学教授吉尔斯·加斯珀（Giles Gasper）通过比较格尔瓦斯的中世纪编年史与有关球闪电的历史和现代报告，判定一事件可能与球闪电事件相联系。[16]

球状闪电拍摄图
球状闪电拍摄图

1638年10月21日，一份报道记载了英格兰德文郡Widecombe-in-the-Moor的一座教堂的一场大雷暴中发生的事件，这是最早记录的球状闪电目击事件。在这次严重的风暴中，有四人丧生，约有60人受伤，目击者描述一颗高8英尺（2.4米）的火球撞击并进入教堂，教堂墙壁上的大石块被抛到地面上，穿过了大木横梁。据称，火球击碎了长椅和许多窗户，使教堂充满了恶臭的硫磺气味和浓烈的黑烟。 据说火球分成两段，一段通过打碎窗户而离开，另一段则消失在教堂内的某处。[11][9][10]

1749年11月4日，Montague舰上的海军上将查姆伯斯正在中午前进行观察，他观察到了一个距离他们大约3英里（5公里）远的大球状蓝色火焰。他们立即放下了上桅帆，但火球迅速靠近他们，在距离主索链只有大约40到50码（35到45米）时，这颗火球爆炸了，爆炸声音如同一百门大炮同时开火，留下浓烈的硫磺气味。在这次爆炸中，主桅横梁被粉碎成碎片，主桅从龙骨一直倒塌到底部。有五名船员被击倒，其中一名严重受伤。就在爆炸前，火球似乎是一个巨大的磨盘大小。[17]

1753年的一份报告中记录了俄罗斯圣彼得堡的乔治·里奇曼（Georg Richmann）教授在参加科学院的会议中听到了雷声，于是和他的助手跑回家，为后人捕捉这一事件。在实验进行时，一个球状的发光物击中了里奇曼的头顶，从他身体中穿过，他的衣服被撕碎，鞋子被炸飞，实验装置一片狼藉，里奇曼当场殒命，他的助手也被炸晕，但保住了性命。闻讯赶来的人们发现，实验室的门已经掉了下来，如同一个炮弹袭击后的场景。里奇曼遗体的脚底有一个明显的焦痕，罪魁祸首被认定为球形闪电，里奇曼也成为第一个为研究电学而牺牲的科学家。[18]

乔治·里奇曼与球状闪电漫画
乔治·里奇曼与球状闪电漫画

1963年，已故的天文学家Roger Jennison曾在夜间乘坐航班穿过风暴。一道闪电击中飞机后，他目睹了一个篮球大小的球形闪电。Jennison描述道：“球状闪电在驾驶舱出现，随后沿着机舱走道笔直地移动，始终保持着同样的高度。”[1]另一次球状闪电事件是英国的一位女士在家中遇到的。当时她正坐在椅子上，忽然一个与西柚大小相当、边缘蓬松的橙色火球毫无征兆地穿过窗户进到室内。关闭的玻璃窗和百叶窗丝毫没有阻碍火球的移动。火球在肩膀高度上水平移动了大约10秒钟，紧接着爆发出一声惊雷，巨大的声响吓得女士直接从座椅上跳了起来。[1]

1969年，肯特大学电子实验室的R.C. Jennison在一篇发表在《自然》杂志上的文章中描述了他对球状闪电的观察：“ 我坐在一架全金属客机（东方航空EA 539航班）的客舱前部，正在从纽约飞往华盛顿的深夜航班上。飞机在飞行过程中遇到了一场电暴，在其中它突然被一道明亮而响亮的电放电所包围，在这之后几秒钟，一个直径略大于20厘米（8英寸）的发光球体出现在驾驶舱，并沿着飞机过道滑行，离我约50厘米（20英寸），在观察到的整段距离上，它保持了相同的高度和航线。”[19]

1994年8月6日，在瑞典乌普萨拉，发生了一次球状闪电穿过封闭窗户的事件，留下了一个直径约5厘米（2英寸）的圆形孔。窗户上的这个孔在几天后被发现，人们认为这可能是在雷暴期间发生的，当地居民目击到了一次闪电打击，而乌普萨拉大学电力与闪电研究部门的闪电打击跟踪系统也记录下了这次闪电打击事件。[20]

二十一世纪的观测与发现

2005年，格恩西岛发生了一起事件，一架飞机明显被球状闪电击落，导致地面上出现多次火球目击事件。[21]

2011年7月10日，捷克共和国利贝雷茨市的一个强烈雷暴期间，一颗带有两米长尾巴的球状闪电穿过了当地紧急服务控制室的窗户，这颗球状闪电从窗户弹到天花板，然后到地板，再弹回，然后沿着地面滚动了两到三米。然后它掉到地板上并消失了，控制室内的工作人员感到害怕，闻到电气气味和烧焦的电缆，以为有什么东西着火了。所有通讯设备在技术人员修复之前在当晚都中断了，除了对设备造成的损坏外，还有一个计算机显示器被摧毁。[22]

2012年，西北师范大学袁萍教授课题组在青海大通县进行自然闪电的光谱观测实验中首次拍摄到自然界球状闪电的全过程及其发射光谱。[23]

2014年8月，一团巨大的球状闪电进入运城市新绛县水利水保局大楼3层的楼道内，瞬间发生爆炸，前后时间不到1秒，造成5台计算机损坏，无人员伤亡。[24]

2014年12月15日，苏格兰的洛根航空（Loganair）6780号航班在闪电击中飞机机头之前，机舱前部经历了球状闪电事件，导致飞机高度下降了数千英尺，差点在距离北海仅1100英尺的地方进行了紧急降落，最终降落在阿伯丁机场。[25]

云层中的球状闪电照片
云层中的球状闪电照片

2018年3月，美国阿默斯特学院、芬兰阿尔托大学等机构研究人员在新一期美国《科学进展》杂志上发表论文说，他们创造出的量子力学新结构与上述理论中的电磁场结构非常相似。该成果可能有助于在核聚变反应堆中使等离子体球维持稳定，促进受控核聚变研究。[26]新结构是一种斯格明子，后者是一类相对稳定、性质类似粒子的物理结构，几十年前就有理论预言其存在，但近年来才在实验中观察到。此前发现的磁性斯格明子都是二维的，这项研究是首次创造出三维的斯格明子。实验中，研究人员把铷rú原子冷却到极低温度，转变成玻色－爱因斯坦凝聚态，该状态下的原子失去了个性，所有原子拥有相同的量子态，行动整齐划一。用经过特殊设计的电磁场影响这些原子，可使它们的一种量子属性——自旋发生变化，组成三维斯格明子。自旋使原子的行为类似于微小磁铁，因此斯格明子能够模拟出球状闪电模型里的电磁场结。[26]

2022年6月24日，奥地利下奥地利州Liebenberg地区的一位退休女士在一次大规模的雷暴前沿中，看到了东北方的刺眼的云对地闪电，不到1分钟后她看到了一个黄色的"燃烧物体"，沿着当地的道路上空约15米的波浪状轨迹移动。这发生在当地一次雷暴云的尾部，欧洲严重风暴实验室将这记录为球状闪电事件。[27]

闪电形成相关原理

雷电发生区的空气，因高温在短时间内被加热为了等离子态，而分子动理论表明，在这种情况下，气态分子压强瞬间增大从而导致闪电区域的冲击性声波的产生。声波的源头并不是单个点源，而是分布在沿闪电的传播路径上，因此从听到雷声的人的角度来看，声音的效果便变成了隆隆声。那说得稍微通俗一点呢，就是闪电在击穿通道上可由于电热效应将通道加热至18000℃左右，在通道上因突然而强烈的受热和随之而起的急速冷却，使空气膨胀和压缩，震动发出声响，这就是解释了为什么有闪电就会有雷声。而闪电时产生的亮光其实就是雷光，是闪电的强大电流使得通道内组成气体分子的离子或原子被激发到高能级，在能级跃迁的时候会产生光辐射。[5]

雷电成因概念图
雷电成因概念图

水汽分子之间碰撞产生的电荷为雷电的形成提供了必要条件，这种现象主要发生在云的中层。霰xiàn粒与雪晶（冰晶）相互摩擦碰撞之后，霰粒带负电荷，而雪晶（冰晶）带正电荷。由于霰粒质量较大，没有随上升气流运动，形成云层中间的负电层。而质量较轻的雪晶（冰晶）被上升气流带到了云的上部并使得上层云层带正电荷，由此在气温低于零下15摄氏度的云层上部形成正电层。当在气温高于零下15摄氏度的下层（仍可以使水汽分子保持固态），由于温度较高和降水现象，有一个较小的正电荷中心。由此产生了正负电荷中心的云内分层结构。而大地可以看作带正电荷。当云层中电荷中心间的电势到达一定强度便会产生雷电现象。大多数（约2/3）雷电在上层的正电荷区和中层的负电荷区之间产生，这叫做云间闪电。大约1/3的闪电会到达地面，这叫做云地间放电。[5][28]

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闪电的形成原理

微波等离子体气团相关

存在一些试图解释球状闪电本质的理论，包括认为它是一团炽热的硅粒子，或是一种天然核反应，或者是闪电诱发的癫痫幻觉，还有可能是小型黑洞，或是由纤维素和其他天然聚合物形成的复合物质，以及充斥着微波的等离子体气团等。[1]

中国科学院物理研究所发布的雷雨云动态图
中国科学院物理研究所发布的雷雨云动态图

以微波等离子体气团为例，空中的雷雨云相当于一个大气微波激射器，它发出的微波辐射可以在大气中形成微波等离子体气团。然而，闪电会制造出一束速度接近光速的高能量电子，这些运动电子再进一步产生微波。具体来说，电子被大气中的电场加速，云层底部与地面之间形成一个电子通道，众多电子沿着这个通道一簇一簇地由云层移动到地面，便是我们所熟知的闪电。武慧春说：“闪电击中地面的瞬间，会制造出相对论性的电子束，这些电子会进一步产生微波辐射。”[1]

不管大气中的微波是来自于云层，还是来自于高能量电子，它都会使临近的空气电离，形成等离子体。微波对等离子体产生压力，将等离子体压缩成一个气团，如此便形成了人们所见到的球状闪电。同时，囚禁在气团中的微波持续与空气发生作用，产生等离子体，从而能够使球状闪电维持短暂的几秒钟，直到气团内的微波能量耗尽。有时，等离子体气团会发生破裂，微波泄漏出来，致使气团发生爆炸而消失。[1]

特性

形状与特征

球状闪电经常与云对地雷电放电几乎同时出现，它们通常是球形或梨形的，边缘模糊，平均直径为25厘米，大多数的直径范围在10至100厘米之间，最小的和最大的直径相差悬殊，小至0.5厘米，大的竟达数米。[29]球状闪电被目击者描述为透明、半透明、多色、均匀照明、辐射火焰、细丝或火花，形状在球体、椭圆形、泪滴、棒状或圆盘之间变化。[30]球状闪电并非一个真正意义上的球体，通常为一个大体的球形或者带有尖状的凸起。[31][32]

1916年联珠状闪电图
1916年联珠状闪电图

化学组成

科学家推测，球状闪电是一种气体漩涡，是一团带有高电荷的气体混合物，主要由氧、氮、氢以及少量的氧化氢组成。[4]

颜色

球状闪电的亮度大致相当于家用灯的亮度，因此在日光下可以清楚地看到它们，已经观察到各种各样的颜色，红色，橙色和黄色是最常见的，期间亮度保持相当恒定，有时还会看到球状闪电呈现出环状或由中心向外延伸的蓝色光量，发出火花或射线。[7][29][31][33]

温度

球状闪电的高温能把周围树木烤焦，也出现过人类因球状闪电受伤死亡的案例。[29]

运动相关

球状闪电倾向于以每秒几米的速度移动，最常见的是在水平方向移动，但也可能垂直移动，保持静止或不稳定地徘徊。[29][34]

存在时间

球状闪电存在时间短，一般为几秒，特别的可长达几分钟，10%的持续时间是30秒，最长的持续时间可达15分钟。[29][34]

金属亲和性

有些球状闪电表现出对金属物体的亲和力，并可能沿着导体（如电线或金属围栏）移动。[29]

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球状闪电的特性

实验室中的球状闪电

长期以来，科学家们一直试图在实验室实验中产生球状闪电。虽然一些实验产生的效果在视觉上与自然球状闪电的报告相似，但尚未确定是否存在任何关系。据报道，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）人工生产了一个1.5英寸（3.8厘米）的球状闪电，并演示了球状闪电的一些特性。[35]

特斯拉（Tesla）在对更高的电压和功率以及远程电力传输进行实验研究时，也意外人工制造了球状闪电。[36]特斯拉在纽约的实验室里无意间制成过球状闪电，它可以轻而易举地穿墙而过，然后炸毁墙壁另一侧的机器。但球状闪电并不常见，到了科罗拉多斯普林斯的实验室里，特斯拉开始频繁观测到球状闪电。球状闪电经常出现在高压设备上，特斯拉可以在研究无线输电的间隙去观测球状闪电，但他不得不时时刻刻对球状闪电保持警惕。[37]

实验室中的球状闪电
实验室中的球状闪电

Ohtsuki和Ofuruton在波导微粒实验相关里描述了球状闪电，他们通过使用2.45GHz，5kW（最大功率）微波振荡器在充满空气的圆柱形腔内由于微波干扰产生的“等离子体火球”。[38]

马克斯普朗克研究所内一些科学家通过在水箱中放电高压电容器产生了球状闪电。[39]

2007年的实验涉及用电冲击硅晶片，使硅蒸发并诱导蒸汽中的氧化。视觉效果可以描述为在表面上滚动的小发光、闪闪发光的球体。据报道，伯南布哥联邦大学的两位巴西科学家Antonio Pavão和Gerson Paiva一直使用这种方法制造出球状闪电，这些实验源于球状闪电实际上是氧化硅蒸气的理论（见下面的汽化硅假说）。[40][41]

自然界中的球状闪电

西北师范大学的研究人员袁萍教授及博士生岑建勇和薛思敏首次拍摄到自然界球状闪电的全过程及其发射光谱，研究成果发表在《Physical Review Letters》（PRL 112, 035001, 2014）上。论文被该杂志选为Highlight 和 Editor’s suggestion文章，被美国物理学会网站以焦点（Physical Review Focus）的形式突出介绍，并被Physics World, New Scientist，央视新闻联播，人民日报，科技日报，等国内外知名网站和媒体报道。[23][42]他们总共制作了3000.0秒的球状闪电及其光谱的数字视频，从普通闪电撞击地面后形成的球状闪电，一直到光学衰减的现象。额外的视频由高速（78帧/秒）摄像机录制，由于其记录容量有限，该摄像机仅捕获了事件的最后8.6秒。两台相机都配备了无狭缝光谱仪。研究人员检测到中性原子硅、钙、铁、氮和氧的发射线，与母闪电光谱中主要电离的氮发射线形成鲜明对比。球状闪电以相当于 28.5 米/秒（16 英尺/秒）的平均速度水平穿过视频帧。[43]

该研究成果的光谱资料是2012年夏季袁萍教授课题组在青海大通县进行自然闪电的光谱观测实验中获得的。本次野外实验记录到的球状闪电发生在一座小山上，是由云对地闪电击中地面后形成的，距观测点约900米，持续发光时间为1.64秒。通过光谱分析知道，其发射谱线主要来自于土壤和空气。该研究成果首次证实了自然界中球状闪电的产生形式以及主要成分，为理论和实验上对自然界球状闪电的进一步探究提供了重要依据。[42]

自然球状闪电的发射光谱（强度与波长的关系）
自然球状闪电的发射光谱（强度与波长的关系）

2014年8月5日，球状闪电在运城市新绛县水利水保局大楼3层的楼道内瞬间发生爆炸，前后时间不到1秒，据当事人描述：“一个巨大的火球，带着夕阳红的色彩，从没有防护栏、打开着的塑钢窗户里闯进来，速度特别快，瞬间发生爆炸，然后就消失了。”据估计该球状闪电直径约40cm，瞬间发生爆炸，响声很大，造成5台计算机损坏。[24]

相关研究及假设

气化硅假说

这一假设表明，球状闪电由通过氧化燃烧的汽化硅组成。闪电撞击地球土壤可能会蒸发其中所含的二氧化硅，并以某种方式将氧气与二氧化硅分离，将其变成纯硅蒸气。当它冷却时，硅可以凝结成漂浮的气溶胶，被其电荷束缚，由于硅与氧气重新结合的热量而发光。2007年发表的一项关于这种效应的实验研究报告称，通过用电弧蒸发纯硅来产生“寿命为秒的发光球”。[44][45]

这一假设在2014年获得了重要的支持数据，当时首次记录了自然球状闪电的光谱。[46][23]土壤中硅储存的理论形式包括Si、SiO和SiC的纳米颗粒。[47][48]马修·弗朗西斯（Matthew Francis）将其称为“土块假说”，其中球状闪电的光谱表明它与土壤具有共同的化学性质。[49]

孤子假说

球状闪电的研究在孤子假说创建的模型中得到了进一步发展，有科学家认为球状闪电是基于等离子体中带电粒子的球对称非线性振荡并类似于空间朗缪尔孤子。[50][51][52][53]这些振荡在经典力学和量子力学中都有描述，在研究过程中科学家们还发现最强烈的等离子体振荡发生在球状闪电的中心区域，有人认为，具有相反方向自旋的径向振荡带电粒子的束缚态（类似于库珀对）可以出现在球状闪电中。[51][54][55]这种现象反过来会导致球状闪电中出现超导现象，除此外该模型还讨论了复合核心的球状闪电存在的可能性。[56][57][58]

带电实心模型

在这个模型中，假设球状闪电有一个带正电的固体核心。根据这个基本假设，核心被一个薄的电子层包围，其电荷的大小几乎与核心的电荷相等。在核心和电子层之间存在真空，其中包含强烈的电磁场，该场被电子层反射和引导。微波电磁场对电子施加重动力（辐射压力），防止它们落入核心。[59][60]

树林上空的球状闪电拍摄图
树林上空的球状闪电拍摄图

微波腔假说

彼得·卡皮察（Pyotr Kapitsa）提出，球状闪电是由微波辐射驱动的辉光放电，它沿着电离空气线从产生闪电的云引导到球上。球用作谐振微波腔，自动将其半径调整为微波辐射的波长，以保持共振。[61]

2017年，中国杭州浙江大学的研究人员提出，当微波被困在等离子体气泡中时，会产生闪电球的明亮光芒。在闪电到达地面的尖端，当与微波辐射接触时，可以产生相对论性电子束。后者使局部空气电离，辐射压力排出产生的等离子体，形成一个球形等离子体气泡，稳定地捕获辐射。[62]

纳米电池假说

奥列格·梅什切里亚科夫（Oleg Meshcheryakov）认为，球状闪电是由复合纳米或亚微米粒子组成的，每个粒子构成一个电池。表面放电使这些电池短路，从而产生形成球的电流。他的模型被描述为一个气溶胶模型，解释了球状闪电的所有可观测特性和过程。[63]

浮力等离子体假说

解密的康迪根计划报告得出的结论是，类似于球状闪电的浮力带电等离子体形成是由新奇的物理、电和磁现象形成的，这些带电等离子体能够在大气中电荷的影响和平衡下以极快的速度传输。这些等离子体似乎是由于不止一组天气和带电条件引起的，其科学原理不完整或不完全了解。一种说法是，流星体在大气中分解并形成带电等离子体，而不是像陨石一样完全燃烧或撞击，除了其他未知的大气事件外，还可以解释这种现象的一些实例。[64]

中国科学院物理研究所发布的等离子体概念图
中国科学院物理研究所发布的等离子体概念图

里德伯物质概念

Manykin等人提出大气中的里德堡物质可以解释球状闪电现象，里德堡物质是高激发原子的凝聚形式，在许多方面类似于半导体中的电子空穴液滴。[66][67]然而，与电子空穴液滴相比，里德堡物质的寿命更长，长达数小时。这种物质的凝聚激发态得到了实验的支持，主要是由Holmlid领导的一组实验。它类似于具有极低（类气）密度的液态或固态物质。大气中的里德堡物质块可能是由大气电现象（主要来自线性闪电）形成的高激发原子凝聚引起的。[68]

危害和预防

球状闪电很轻并有磁场，有时球闪会沿着导体或烟道飞行，在电磁场的作用下也可能逆风飘移，它的磁场会给其临近的金属造成涡型感应电流而使金属融化，还能够严重干扰和破坏电器设备，有时会造成导线融化、电路短路，导致严重的停电事故。[69]

球状闪电的运动路线，一般是从高空直接下降，接近地面时突然改向作水平移动；有的突然在地面出现，弯曲前进；也有的沿着地表滚动并迅速旋转，运动速度常为每秒1米～2米。它可以穿过门窗，常见的是穿过烟囱后进入建筑物，它甚至可以在导线上滑动，有时还发出“嗡嗡”声。多数火球无声消失，有的在消失时有爆炸声，可以造成破坏，甚至使建筑物倒塌，使人和家畜死亡。这种闪电遇人遇物后即发生惊人的爆炸，产生刺鼻的气味，造成伤亡、火灾等事故。[4]

预防球状闪电的办法是，在雷雨天气，紧闭门窗，避免穿堂风。如果遇到飘浮的“火球”，轻轻地避开它，千万不要去碰。[4]

参考资料 69

  1. 球状闪电：连完全封闭的飞机都能进得去 — 微信公众平台
  2. Unveiling the Mysteries of Ball Lightning: Is It Real? — science
  3. 雷电中的意外与谜团 — 微信公众平台
  4. 球状闪电的危害及预防 — 中国气象局政府门户网站
  5. 雷神之怒!来自闪电的神秘力量 | SciFM Vol.15 — 微信公众平台
  6. “不速之客”球状闪电 — 中国气象局
  7. 气象二三事——球状闪电 — 今日头条
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  14. Ball lightning bamboozles physicist — abc science
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  16. Is this England's earliest report of ball lightning? — BBC
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  18. 第一个为了研究雷电而研究牺牲的科学家 — 中国数字科技馆
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  20. Klotblixten har setts — Ett fenomen som g?ckar vetenskapen
  21. Lightning strike wrecked my TV — guernseypress
  22. Máte rádi idnes.cz? Prosíme o souhlas s cookies — idnes
  23. 中国科学家首次记录球状闪电光谱-中新网 — 中国新闻网
  24. 新绛球状闪电瞬间爆炸：夕阳红色 直径40厘米 -中新网 — 中国新闻网
  25. The Aviation Herald — avherald
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  35. Tesla's proposed arrangement of balloon stations for transmitting electricity without wires — ntlworld
  36. 参考 36
  37. 雷电在手，宇宙我有——闪电投手特斯拉 — 微信公众平台
  38. 参考 38
  39. Ball lightning' created in German laboratory — cosmosmagazine
  40. universidade federal de pernambuco — ufpe
  41. Pesquisadores da UFPE geram, em laboratório, fen?meno atmosférico conhecido como bolas luminosas — ufpe
  42. 西北师范大学研究人员首次拍摄到球状闪电光谱 — 国家自然科学基金委员会
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  44. Ball Lightning Mystery Solved? Electrical Phenomenon Created in Lab — nationalgeographic
  45. 参考 45
  46. Index of /epaps/phys_rev_lett/E-PRLTAO-98-047705 — phys_rev_lett
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  49. The dirty secret behind ball lightning is dirt — arstechnica
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  65. 闪电?极光?其实它们一点都不稀罕 — 微信公众平台
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  69. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwMTEyEg94ZHdsemMyMDAzMDUwMTEaCHhhbWRnNHJj

注释

  1. 一种天气现象，其中发光等离子体是由杆状物体，如桅杆、尖顶、烟囱或动物角在大气电场中产生的。
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