《寻秘自然》09 球状闪电（中）文字版 / 四六文摘

全世界不知道有多少科学家

都梦想着能够实拍到一次球状闪电的真实影像，

其中最出名的一位科学家是瑞士的卡尔·伯格，

他有个外号叫雷电研究之父，

从上世纪的 40 年代一直到 70 年代，

他都在瑞士卢加诺附近的一个叫做圣萨尔瓦多山的观测站附近，

观测和记录雷电现象。

他这一生共观测了几十万次闪电现象，

但是很遗憾的是，

他一次都没有看到球状闪电，

所以他都开始怀疑，

球状闪电到底是不是真的。

在他晚年的时候他甚至公开声称，

所有的球状闪电目击事件，

那都是子虚乌有的，

都是虚构的。

没有什么真正的球状闪电。

很遗憾，

老爷子没有等到球状闪电

在袁教授的高速摄影机下现形的这一天。

我们今天就一起去拜访一下西北师范大学的袁教授。

袁萍教授，

西北师范大学物理与电子工程学院教授、

博士生导师，

研究方向是应用光谱分析和雷电物理。

袁教授在我国开创了

基于光谱观测的闪电放电过程的物理特性研究。

她在国内外核心期刊发表学术论文 90 余篇，

主持和参加了多项国家自然科学基金项目。

袁教授：

“这个工作在《物理评论快报》发表了以后

被期刊作为聚焦报道了，

然后国内外也是有很多的关注。

在 14 年的时候，

也被美国物理学会作为物理学八大进展之一报道。”

汪诘：

“我估计你们当时拍到这个是很幸运的一个过程了。

当时整个情况能不能给我详细地介绍一下？”

袁教授：

“没问题，如果你们有时间的话，

我都可以带你们到现场去。”

汪诘：

“袁老师，你们选下旧庄这个地方拍雷电的话，

肯定是有一些特别的原因的了？”

袁教授：

“对，它的局地雷暴比较多，

它是山区，

你从大面积来看的话好像没有什么雷暴天气，

但是它就这一块地方，它雷暴比较多。”

汪诘：

“拍这些闪电什么的，

你们主要是为了研究闪电什么方面的性质？”

袁教授：

“研究它的一些物理特性。

因为雷电防护的话，

它的一些防护的设备

这些基于它的放电过程的一些基本的物理特性。

所以我们基础研究的话就做这些东西。”

汪诘：

“我有点好奇，

你们之前拍这些雷电闪电的时候，

有没有想过就是说可能会拍到球状闪电这样的？”

袁教授：

“球状闪电太少了，

我们真是没有想到过，完全是无意中的，

确实也是很幸运的（能）拍到它。

当时我们就在教室，

我们就是把桌子并到一起。

12 年的整个夏天 2 个月时间，

我们和研究生都是住在这个村子里面，

整整两个月，然后拍闪电。

球状闪电发生的那天，

是 7 月 23 号晚上 9:53 左右吧，

然后就是在这个山上这个地方发生的。

然后我们拍它的机器就是用的是两台机器，

我们这两台机器同时拍到了。

这个是一台高速摄像机，

它是可以每秒钟百万像素 3000 张，

我们当时设置是 6000 多张。

这是一个普通的摄像机，

就两台机器同时拍，

同时拍到的球状闪电。

我们把普通摄像机改成了一个光谱仪，

我们这个叫无狭缝的一个光谱仪。

这个球状闪电我们拍到了它 2000 多张照片，

我先给你看一下我们当时拍到的视频。

现在是 0.5 倍速播放，

我们再放慢 10 倍看一下，

根据拍摄距离可以推算出，

这个球状闪电的发光范围的直径大约为10米，

这是一个硕大无比的大火球。

利用电脑技术，

我们对拍到的影像做了高清数码放大，

我们可以清楚地看到，

火球的颜色在发生变化，

而且火球还在移动，

推算的移动速度大约为 8.6 米/秒。

这个小 DV 它拍到的是整个全过程，

也就是前面的引发它的云地闪电，

然后才有球状闪电，

把整个全过程都拍到了。

而我们高速摄像（机），

它只拍了后面的大半部分，

就是前面一点没有拍到，

因为我们是一个后触发，

刚才的它是普通摄像机拍的，

所以是彩色的，

看上去比较好看，

实际上它的像素没有高速摄像高。

这个是高速摄像（机）拍的，

当时我也是为了保证它的分辨率更高一些，

所以就采用了黑白的。

但是我们这个只拍到了2000 多张，

有一小段没有拍到，

摁下去的时候它其实已经发生了。

因为普通的一个闪电的话，

它的发生时间就是在一秒内，

所以我们高速摄像的记录长度

我们都是设置的一秒。

结果这个球闪，

它 1.64 秒它太长了，

所以就把它的前半段就没有记上，

就记到了后半段。

但是其实已经很能说明问题了，

因为毕竟光谱都已经在了，

只不过是黑白的。

高速摄像因为它时间分辨率比较高，

所以从这上面可以看到，

它的光强有一个周期性的变化，

从光谱上也可以反映出来它这个周期性的变化，

这是一个变化的周期，

是毫秒放大的，

所以这是我们得到的一个非常珍贵的资料，

也就是它的一个特性，

非常重要的的一个。

我们观测的时候，

同时还会记录一个雷声，

有光声差，

我们可以估算一个闪电落地的距离，

就是雷声到达我们的距离，

和闪电的光到达我们距离之间有个时间差，

然后就可以估算出距离，

离观测点 960 米。

当时我们也是来看了一下落地点。

汪老师你看，

那个就是下旧庄村，

我们当时的观测点

到这的距离就是 900 多米不到一公里。

我们上来当时也看了一下这个闪电的落地点，

大概就在这个附近，

当时我们看到的有一个坑，

然后有干草被烧焦的痕迹，

就我们脚底下这个位置。

然后在这个光谱里面也看到了有土壤的主要成分，

就是硅的谱线。”

汪诘：

“我的理解是这个相当于就证明了，

那次球状闪电确实是在地面上生成的，

否则的话是不会有硅元素的谱线的。

您觉得咱们拍到了这次球状闪电的光谱，

对于整个国际上对于球状闪电的研究

有一些什么样重要的价值和意义？”

袁教授：

“它主要就是在两个方面：

就是球状闪电的研究，人们一方面关心的

它到底是怎么产生的？

从我们得到的资料里面可以看出来，

在球状闪电之前是有一个云地闪电，

而且球状闪电它正好就在地闪的底部，

所以这个就可以证明，

这个球状闪电就是由云地闪电引发的。

那么另外一个方面，

就是球闪的研究中人们关心的一个问题就是，

它的能量的来源，

是什么支持它那么长时间的发光？

高速摄像拍到的光谱里边发现，

在光强有一个周期性变化的时候，

它的光谱结构也是有一个振荡，

就是周期性的变化，

那么硅和空气成分，

因为它们激发能量不一样，

所以谱线强度的周期性变化规律也不一样，

所以这个肯定跟它的能量的来源是有关系的。”

汪诘：

“这个是之前我们从来没有观察到过的一个现象对吧？

国际上也是从来没有观测到过它的光谱，

所以我感觉它的意义和价值还是非常之大！”

袁教授：

“是的是的，

我们也希望能够再次拍到就好了。”

正是中国科学家袁萍教授的这次记录，

使得球状闪电的真实性得到了科学界的公认。

那么球状闪电为什么会如此的诡异？

它又是怎么形成的呢？

那么我们的科学家到底有没有可能

在实验室中真实再现一次球状闪电呢？

这些问题，咱们留到下一集再说。

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