就自然的奥秘而言,球状闪电是其中比较令人困惑的一个。似乎有多少目击事件就有多少种可能的解释,但尽管几十年来人们对此产生了浓厚的兴趣,但没有一个是明显的赢家。
一种更奇怪的假设声称这些发光球只不过是被困在稀薄空气球体中的光。一篇新论文为该提案添加了新的细节,设置了这种光泡可能是什么样子的物理参数。
几个世纪以来,人们记录了葡萄柚大小的光球在距地面不远的地方缓慢移动的情况,通常是在雷暴中间,持续大约 10 秒左右,然后悄然消失。
偶尔有一个附加效果或两个。据说有些人穿过关闭的窗户的玻璃板。其他人可能会一声巨响就出去,甚至在消失时留下硫磺的恶臭。
十多年前,俄罗斯科学院的弗拉基米尔·托尔奇金 (Vladimir Torchigin) 得出结论,我们称之为球的大气现象根本不是闪电,而是光子在自己制造的气泡内弹跳。
不过,无论球状闪电到底是什么,历史上都不乏目击者的报道。
然而,将神话与事实区分开来并不容易,在过去,他们受到了极大的怀疑。如今,研究人员持谨慎乐观的态度,认为大量的观察结果可能有一定道理。
20世纪70年代,球状闪电研究员斯坦利·辛格建议任何解释这一现象的成功模型都必须考虑三个基本特征;球状闪电的持续时间、它的漂浮运动以及它的突然消失。
就在几年前,中国发生了一起疑似球状闪电事件偶然被摄谱仪捕获闪电击中地面后,为研究人员提供了其电磁频谱的细分。
研究支持解释由坎特伯雷大学工程师约翰·亚伯拉罕森(John Abrahamson)提出,他认为发光的空气可能是由于空气冲击波将蒸发的地面物质推上来的结果。
其他建议想象一下电荷排斥离子云聚集在玻璃板等绝缘体上,为长寿命以及漂移和“弹跳”运动提供了基础。
Torchigin 的想法既简单又具有高度的推测性。它与带电离子无关,而与我们大气层中的明亮闪光所释放的强烈光子簇有关。
当任何粒子吸收和发射电磁辐射时,都会产生反冲力,称为反冲力。亚伯拉罕-洛伦兹力。从理论上讲,雷击造成的光溢出会导致空气颗粒在吸收和传输电磁辐射时抖动。
在大多数情况下,这种力量并不那么令人印象深刻,即使是托尔奇金承认并声明,“这些力对于传统的光强度来说非常小,并且它们的作用被正确地忽略”。
但闪电的极端强度并不是普通的闪电。更重要的是,在适当的条件下,这些光学力可能会被大大放大。
托尔奇金表示,这些“正确的条件”包括产生一层薄薄的空气,将光线折射回自身。
一层薄薄的空气——与气泡薄膜不同——可以像透镜一样有效地聚焦光线,将光线增强到足以将空气颗粒推入边界并产生一个长寿的气泡,一次将光子集中几秒钟。
并非所有球形闪电“胚胎”都会成功,因为缺乏光线或外壳足够封闭,它们会立即褪色。但那些确实徘徊在周围的人看起来会很壮观,因为它们在几乎任何透明的介质中都晃动着一条令人难以忘怀的路径。
这个想法已经被搁置了弗拉基米尔(Vladimir)和他的俄罗斯科学院同事亚历山大·托尔奇金(Alexander Torchigin)多年来发表了数十篇论文。
弗拉基米尔最近关于该主题的讨论将众多假设与物理模型相结合,以确定产生合适的折射率所需的光密度和气压。
这可能无法解释球状闪电的一些更猛烈的结局,或者像在中国捕获的光谱观测结果,甚至不一定能解释硫磺气味。
但它确实提供了一些数据,这些数据可能导致必要的实验,要么排除该假设,要么为其提供实证基础。
当然,托尔奇金的想法本身完全有可能是空话。但在我们对这些怪异发光球体背后的原因达成共识之前,它仍然是球状闪电理论最有趣的竞争者之一。
这项研究发表于光学。