物理

球形闪电的幽灵

球状闪电光谱的偶然记录增强了涉及硅纳米粒子的形成情况。

肖恩·拜利

2012年,中国兰州西北师范大学的袁平和他的同事拍摄了雷暴期间在中国西北部青海高原拍摄的闪电,当时他们记录了碰到一个闪电球的情况因此,他们能够分析这种罕见且鲜为人知的现象的电磁频谱。他们的研究结果支持了2000年提出的一种机制,该机制涉及土壤中纳米颗粒的细丝。

几个世纪以来众所周知,球形闪电避开了科学观察。根据少数目击者的说法,这种现象通常在雷暴发生后的雷雨期间发生。球的平均直径为几十厘米,寿命可以达到十秒钟。它的亮度与100瓦(白炽灯...)的灯泡相当,其颜色以白色,黄色,橙色,红色或绿色的阴影变化。最后,球漂浮在空中并且可以快速移动。它逐渐或爆炸性消失。

各种物理学家已经在实验室中成功地复制了球状闪电,这是由于受到微波的干扰,使浸没在水中的电容器放电或通过电击使硅汽化。但是自然现象一直是个谜,人们想到了许多情况。新西兰基督城坎特伯雷大学的John Abrahamson和James Dinniss于2000年提出了一种方法,该方法涉及闪电引起的地面中硅的蒸发和氧化。闪电释放的能量会使地面融化(例如,形成管形的玻璃管称为fulgurites)并使其蒸发。因此,硅(Si),一氧化硅(SiO)和碳化硅(SiC)的纳米颗粒会分散在空气中,然后会组装成长丝(在某些实验中,金属在空气中存在电场时,可能会形成直径大于50毫米的细丝。这些细丝将形成球形网络,并且会通过散发热量和光而氧化,从而产生球形闪电现象。

中国物理学家用三台照相机和光谱仪观察到了球的闪电,从而可以对它们进行精确的描述和光谱分析。在现象的最稳定阶段,观察到的光晕约为5米,持续了1.64秒。球以相当水平的轨迹以每秒8.6米的速度运动。研究人员无法精确测量其温度,但他们估计其温度低于30,000°C,低于击中地面的闪电温度。光谱表明土壤中存在硅,铁和钙。

因此,观察到的球状闪电的成分与预测J. Abrahamson和J. Denniss的模型相对应。但是,这一结果-佛罗里达大学闪电专家兼研究人员马丁•乌曼(Martin Uman)认为,这是第一个-并未完全描述闪电球的形成机理,也没有指出该现象有不同的类型。但是,它确实提供了在实验室再现现象的途径。

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