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      高空中巨大的“紅色精靈”

      2022-05-30 12:16:48梅林
      環(huán)球人文地理 2022年10期
      關(guān)鍵詞:學(xué)界閃光精靈

      梅林

      你是否知道,當(dāng)滾滾雷雨云席卷天空之時,可能會看到遠(yuǎn)處的高空中如神跡般的自然奇觀:幾束巨大的紅色“閃電群”陡然出現(xiàn),又轉(zhuǎn)瞬即逝。以前只有足夠幸運(yùn)的人才能看到這種奇幻景觀,現(xiàn)代攝影技術(shù)的發(fā)展,讓更多的人通過影像資料,得以看到這一令人震撼的天氣現(xiàn)象。

      這壯麗的瞬態(tài)發(fā)光現(xiàn)象(TLE),有一個活潑的名字——“紅色精靈”(Red sprites)。其每一次發(fā)生時的大小和形狀迥異,有像柱狀流星一樣劃過天空,也有像深海巨怪觸手條條伸展。但無論是什么形狀,都比普通閃電看起來更大,通常,它會在高空中跨越50到90公里。

      雖然它非常大,但持續(xù)時間卻比普通閃電短,以至于很長一段時間,都被認(rèn)為是人類的幻覺。從 1886年開始,便有零星的飛行員目擊者報(bào)告:在高空飛行中觀察到了奇異的紅色閃光。但從一戰(zhàn)到之后的幾十年間,這類報(bào)告都被認(rèn)為是飛行員的恐懼造成的幻覺。為什么科學(xué)家也會犯這樣的錯誤?因?yàn)樵诋?dāng)時,學(xué)界普遍認(rèn)為強(qiáng)烈的大氣放電活動只會發(fā)生在對流層——大氣層中最靠近地面的一層,他們認(rèn)為,再往上走,平流層和中間層中產(chǎn)生的電都是平靜的。

      1925年,諾貝爾獎得主、蘇格蘭物理學(xué)家查爾斯·威爾遜提出:在大面積雷暴的氣象條件下,高層大氣中可能也會發(fā)生放電現(xiàn)象。這一觀點(diǎn)打破了之前的觀念,但在當(dāng)時,“紅色精靈”這一現(xiàn)象還從未被人類的影像記錄下來。

      直到1989年,美國明尼蘇達(dá)大學(xué)在準(zhǔn)備一次火箭發(fā)射,其中有項(xiàng)工作便是要測試微光攝像機(jī)。測試無意間拍到了兩條明亮的光柱,這成為“紅色精靈”的第一張照片,極大地激發(fā)了學(xué)界的研究興趣。在隨后的幾年中,研究者根據(jù)它“發(fā)紅光”和“捉摸不定”這兩大特點(diǎn),將其命名為“紅色精靈”。

      1994年,美國阿拉斯加大學(xué)的研究人員利用萬米高空中的飛機(jī),通過高速微光攝像機(jī)和圖像增強(qiáng)器,首次在雷雨云上方獲得了“紅色精靈”的彩色圖像:一個巨大的發(fā)光空間占用了超過1萬立方公里的大氣!從圖像上可以看到,這巨大的紅色精靈主要分成三部分:最上方的光暈分布在88到95公里的高空中,中間部分的紅色發(fā)光體分布在66到74公里,下方的卷須分布在40到60公里,而且這片閃光并不似肉眼可見的通體為紅色,其上部是紅色,向下轉(zhuǎn)為紫色,最后卻變成了藍(lán)色。

      伴隨著影像材料的增多,學(xué)界已經(jīng)對“紅色精靈”多有研究。它歸屬于高層大氣放電現(xiàn)象的一種,常出現(xiàn)于雷雨云頂層,這里距離地面約30到90公里,屬于大氣的中高層。它多于雷暴雨這樣的極端天氣中被看見,是因?yàn)槔讚舢a(chǎn)生的電磁波向上擴(kuò)展撞擊電離層,是它出現(xiàn)的先決條件。

      但雷暴雨天,并不一定出現(xiàn)“紅色精靈”。因?yàn)楫?dāng)高空中的雷雨云向地面放電時,會形成三種現(xiàn)象:云間閃電、云內(nèi)閃電和地閃。其中地閃是云與大地間的放電現(xiàn)象,也是產(chǎn)生雷電災(zāi)害的主要原因。地閃又分正負(fù),只有當(dāng)正地閃以每秒1萬公里的速度墜落時才會產(chǎn)生“紅色精靈”,概率只占所有地閃的十分之一。除了發(fā)生概率小,“紅色精靈”的持續(xù)時間也很短。它是一種巨大卻微弱的正極性流光,相當(dāng)于中等亮度的極光,它持續(xù)的時間最“長”也不過幾十至上百毫秒,一眨眼的工夫便消失在天際。

      以前,因發(fā)生概率小、隨機(jī)性強(qiáng),“紅色精靈”的記錄成像非常有難度?;鹧鏍罴t光的高空,或是如霹靂閃過的紅色閃電圖格外罕見。近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們從地面觀測站、飛機(jī)、空間站上已經(jīng)獲得了成千上萬幅“紅色精靈”的圖像。在雷暴活動產(chǎn)生的白色閃光下,“紅色精靈”的成像已經(jīng)非常清晰。漸漸地,人們發(fā)現(xiàn),高空大氣中的放電現(xiàn)象不僅“紅色閃電”這一種,還有藍(lán)色噴流、巨型噴流、圓環(huán)狀放電等。古往今來,因這些超乎想象的自然奇觀,在人類世界誕生了無數(shù)傳說。它們吸引著人類在科學(xué)領(lǐng)域的不懈探索,去探究宇宙中無窮無盡的秘密。

      (編輯 陳珂玲)

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