闪电球的形成原因

球状闪电的形成原因至今仍是科学界探讨的谜题。普遍认为，球状闪电是由带电的气体等离子体组成，并非神秘莫测的存在。要了解球状闪电是如何形成的，我们首先需要从普通闪电的产生机制说起。目前，科学界普遍接受的观点是：雷电是由于云层间的摩擦和碰撞，导致不同云层带有不同的电荷。当电荷差异达到一定程度，能够击穿空气时，临近的两个云层之间就会发生放电现象。这一理论起源于18世纪的摩擦生电学说。然而，这一解释与流体力学的原理相冲突，因为流体不同于固体，它们之间的相互作用并非摩擦。相对流动的流体之间只有层流现象。如果让相对流动的流体发电，只有当流体是磁体时才可能发生。此外，云层间的摩擦放电现象为何与大地有关，以及电击能量如何聚集，这一理论也无法解释。

随着科学的发展，我们通过观察土星、木星的雷电现象，发现行星雷电都与行星磁场有关。地球上的雷电也遵循类似的规律，雷电发生数和电流分布都是正态分布于赤道两侧。地球的电磁场和电流量也是如此。实际上，雷电发生的云层对地电压是大地电流的感应电位差。有时云层的连续雷击时间很短，这是摩擦生电和其他生电方式都难以解释的现象。大地电流遵循最小电阻路径原则，因此在大片云层带电并压向地面时，云层与大地之间的电容效应会将大地电流拉向地面。由于云层的移动，地电流会呈现波动状。特别是在雷击发生时，一些地电流会冲出地面，形成雷击。偶尔，这些向上波动的地电流遇到合适的环境，会将地面以上的空气电离，形成球状闪电。

基于以上原理，我们可以总结出容易形成球状闪电的环境条件：1. 雷雨天气，大片的雷雨云可以将地电流拉向地面，不充分的雷击更易产生球状闪电。2. 潮湿、密度大或有粉尘的空气，且相对稳定，电离空气时更容易进行。3. 一段特殊的导体，能将地电从大地导出，同时不易与云电形成回路。4. 相对干燥的区域，因为球状闪电形成后只对导体发生作用，因此不会很快消失。

实际上，球状闪电并不罕见，只是在潮湿的雨天环境中，球状闪电很快就会被中和。我曾在大学时期，在浙江南部的深山里实习，目睹了球状闪电的景象。那天下午，我们在远处的小屋避雨，看着住的楼房经历雷电的洗礼。附近的雷电都发生在山上，而楼房附近发生雷击后，屋檐下立刻会产生一至两个球状闪电，围绕房子乱转。雷声消失后，球状闪电才会消失。这样的过程持续了七、八次，直到雷雨渐渐停歇。当时我在想，避雷设备到底是避雷还是在引雷呢？

球状闪电可以定义为：在半击穿空气时产生的空气离子球，其中携带能量，包裹相对稳定。当有导体破坏其平衡时，它会和周围空气中和，并释放能量。云地直击雷生成球状闪电的情况非常少见。在现代生活中，我们周围到处都是金属，因此现在发生球状闪电的概率比之前要高得多。在古代，球状闪电一般出现在丘陵地带山坡的地面上，因此俗称其为“滚地雷”，特别形象。

多年来，科学界一直认为球状闪电是子虚乌有的现象，直到最近几十年才承认其真实性。早在1955年，苏联物理学家就提出球状闪电是雷暴中的电磁干扰效应所引起的。1991年，日本科学家在实验中观察到微波干扰所产生的一系列类似球状闪电的现象，他们的人造等离子球也显示出球状闪电的一些特性，如它可沿与主气流相反的方向运动，并可穿越固体物质。1998年，一位西班牙物理学家认为，所谓的神秘球状闪电其成因并不神秘，这一现象很可能是闪电产生过程中，磁场约束发光等离子体所形成。他建立了闪电磁场模型，认为关键是闪电过程中形成的水平磁场和垂直磁场磁力线圈相互交织而成的磁力线网。在某些特殊情况下，这一磁力线网有可能会呈现出球形，而发光等离子体会被这一网所“俘获”而形成球状闪电。这一火球效应会一直持续到等离子体开始冷却。研究人员指出，根据他们的预算，火球持续时间最多可达10至15秒。当等离子体冷却后，电子开始被原子所束缚，等离子体内部电阻变大、电流趋弱，周围的磁场也将随之瓦解，最终火球不复存在。按照这一理论，球状闪电绝大部分较冷，但在沿磁力线方向局部温度则极高。研究人员指出，据此就可很好地解释为什么火球并不发热而触到物体后往往容易着火。

2000年，两位新西兰科学家提出了他们的新理论。当一般的枝状闪电击到土壤中，土壤中的矿物质会转换成纳米纯硅和硅化合物颗粒。这些尺寸不足十分之一微米的微型颗粒，会在闪电的能量作用下由土壤蒸发进入大气。这一过程，就像抽烟者从嘴中吐出烟圈。进入大气的含硅颗粒会首先连接成链，然后组成能随气流运动的球状细丝网。该球状细丝网中的颗粒具有很高活性，会在特定条件下缓慢燃烧，并释放出光和热而形成所谓球状闪电。这一理论可以解释为什么球状闪电能穿墙越窗，甚至能通过飞机的机身，这一理论对此也能解释。大多数房屋的门窗周围都有缝隙，而含硅颗粒组成的球状细丝网极具弹性，只要空气能过的地方细丝网也应能通行。也就是说，如果空气能穿过门窗，那么该细丝网也能“挤过”，并会随后重新恢复形状。科学家以闪电样本的放电来试验土壤样本，结果确实产生了聚合的纳米粒子，这些离子的氧化速度与球状闪电一致。

研究的新进展

2002年1月15日英国皇家学会在其学术杂志《哲学学报》的专刊上发表了一组有关球状闪电理论的文章。这些理论分别由物理化学家、物理学家和化学工程师提出。他们提出了3个解释球状闪电缘由的新理论。其主要内容分别是：

1.球状闪电是由含有水合离子的小水滴组成的，它通过离子反应来释放能量。在这个理论中，球状闪电是一个包含等离子体的电化学结构，这一结构是由温度、压力、电磁场和重力场的微妙平衡来维持的。

2.球状闪电是由聚合体细丝缠绕而成，通过表面放电来释放能量。在该理论中，灰尘中的自然微粒，像来源于纤维素、煤烟或硅土中的微粒都能形成细丝状结构，这些细丝聚合起来就变成了一个高度充电的球体，当它表面放电时，就发出了光和热。

3.球状闪电是由金属纳米粒子链构成，其能量释放是通过金属纳米粒子的表面氧化来进行的。在这个理论中，普通的闪电能引起像土壤或木材这样的物质释放金属蒸气，这种带电的金属蒸气浓缩成一个网状的金属纳米粒子球。这些理论都有些说服力，特别是第三个理论，可以解释为什么球状闪电能够穿过墙壁和关着的窗子，似乎更有说服力。但是，人们至今尚未在实验室中制造出真正的球状闪电，虽然已模拟出了极微型又短命的球状闪电。事实上，所有的理论在球状闪电的复杂多变性面前都显得那么单薄。一个真正的球状闪电理论应说明所有的现象，包括没有雷暴的情况和球状闪电持续很长时间及球状闪电大如房屋的情形。而要说清这一切，需要更强大的理论。有人认为，更有说服力的解释应是接近冷聚反应领域，与等离子体现象相关的理论。更有人提出球状闪电和龙卷风一样都是等离子团的现象。还有人设想，最佳的理论可能是把电磁学、电学和等离子及纳米理论综合起来的想法。总之，球状闪电不仅有趣，而且包含了很多秘密，一旦了解了它的本质，对我们人类的生活或许会有深远的影响。或许，我们不仅能找到人体自焚和通古斯大爆炸的元凶，更能由此找到高效、清洁的新能源。