李忠東

美國(guó)雙子星天文臺(tái)拍下了“紅色精靈”和“藍(lán)色噴流”兩種閃電對(duì)接交織的情景。

在云層上方“跳舞”

2021年5月9日凌晨時(shí)分，我國(guó)貴陽(yáng)市的上空出現(xiàn)了罕見(jiàn)的閃電——“紅色精靈”。它們像絢麗的紅色煙花，跳動(dòng)著，盛放在高空中，雖然并不是很明亮，卻讓人感覺(jué)到十分壯觀?！凹t色精靈”是地球大氣層頂端的一種高空放電現(xiàn)象，通常出現(xiàn)在雷雨云的上方，人們只有

在離開(kāi)雷雨天氣幾十千米外的地方，且觀測(cè)條件十分良好的情況下才能見(jiàn)到。它們的存在非常短暫，一般不會(huì)超過(guò)0.1秒，最快的甚至只有幾毫秒，而且發(fā)出的光很暗淡。

“紅色精靈”像絢麗的紅色煙花盛放在貴陽(yáng)高空中。

普通閃電是由于帶電的云層之間，以及帶電云層和地面建筑物或樹(shù)木之間，因?yàn)殡妷夯蛘唠姾刹煌l(fā)生的電流釋放現(xiàn)象，在電流經(jīng)過(guò)的地方，空氣被瞬間電離，同時(shí)釋放出很大的能量，于是就出現(xiàn)了明亮的閃電。如果有建筑物或者樹(shù)木等導(dǎo)電性不強(qiáng)的物體處于電流經(jīng)過(guò)的地方，那么它們就有可能被電流擊壞，產(chǎn)生雷擊的現(xiàn)象。

“紅色精靈”的形成機(jī)制與普通閃電完全不同，目前人們尚不明確，一般認(rèn)為是雷暴云團(tuán)和位于其上方的高層大氣產(chǎn)生了電壓和電荷上的差別。也有看法認(rèn)為，“紅色精靈”是雷雨云中的電流在向上激發(fā)的時(shí)候，與進(jìn)入大氣層中的一些等離子氣體發(fā)生電磁反應(yīng)而出現(xiàn)的。

“紅色精靈”的上半部分呈紅色，底部則漸變?yōu)樗{(lán)色，通常呈樹(shù)根或者水母狀，下端有很多垂下的飄帶一樣的絲線狀物，寬度約在5到10千米內(nèi)。由于其如鬼魅一般難以捉摸，因此被科學(xué)家稱為“紅色精靈”。1989年7月6日，這種令人難以置信的閃爍光首次被美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的科學(xué)家拍攝下來(lái)，其后，世界各地都報(bào)告了觀察到的記錄。2001年，我國(guó)的福建省曾出現(xiàn)過(guò)“紅色精靈”。同年，在阿里山氣象觀測(cè)站，臺(tái)灣成功大學(xué)物理系副教授蘇宗汗及軟件工程師章展誥，用高感光度的黑白CCD攝影機(jī)成功拍攝到10多個(gè)有關(guān)“紅色精靈”的高清影像。

除了“紅色精靈”外，還有一種更為罕見(jiàn)的閃電——“藍(lán)色噴流”。它猶如一個(gè)超級(jí)大的藍(lán)色噴射器向上發(fā)射，幾乎延伸到大氣層的邊緣地帶。這種閃電從積雨云頂部一直延伸到電離層，速度要比云對(duì)地的普通閃電快40多倍，而且表面溫度極高。關(guān)于“藍(lán)色噴流”的來(lái)源，科學(xué)界一直意見(jiàn)不一。歐洲航天局的宇航員安德烈亞斯·摩根森專門負(fù)責(zé)使用國(guó)際空間站的一臺(tái)超高靈敏度相機(jī)拍攝活躍的雷暴情況，以便于科學(xué)家研究。國(guó)際空間站的軌道高度僅有397千米，可以時(shí)時(shí)刻刻清晰地觀察到地面的變化，拍攝的影像是了解這種多彩閃電的最佳資料。2015年，安德烈亞斯·摩根森在空間站經(jīng)過(guò)孟加拉灣的時(shí)候拍攝到一段奇特的“藍(lán)色噴流”在云層上方跳舞的視頻。

“藍(lán)色噴流”是一種呈細(xì)錐形、尖峰向上的放電噴射流，從積雨云的頂端一直延伸到距離地面40～50千米的電離層。與“紅色精靈”不同，它們并非直接由閃電引起，但似乎與雷暴中的強(qiáng)冰雹現(xiàn)象有關(guān)?！八{(lán)色噴流”比“紅色精靈”更亮，其藍(lán)色可能來(lái)自氮?dú)夥肿拥陌l(fā)射光譜。1989年10月21日，它由一架經(jīng)過(guò)澳大利亞上空的航天飛機(jī)初次觀測(cè)到。截至2007年，國(guó)際學(xué)術(shù)界只有不到100張關(guān)于“藍(lán)色噴流”的照片，其中的絕大多數(shù)都是在1994年由阿拉斯加大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)“藍(lán)色噴流”的一次觀測(cè)中拍攝到的。

通常，人們?cè)诘孛嫔嫌^測(cè)到的閃電都是從云層傳輸至地面的，而“藍(lán)色噴流”的傳輸方向正好相反，讓許多人誤以為是外星人入侵或者地球在向深空傳遞信號(hào)，實(shí)際上這是一種自然現(xiàn)象。丹麥國(guó)家空間研究所的科學(xué)家，研究了安德烈亞斯·摩根森在國(guó)際空間站上拍攝到的視頻中那些難以捉摸的特征。他們?cè)谘芯繄?bào)告中稱，在160秒的視頻片段中，被觀察到的“藍(lán)色噴流”放電有245次，相當(dāng)于每分鐘大約有90次藍(lán)光閃爍。巨大的“藍(lán)色噴流”長(zhǎng)度約為18千米，而在視頻中的某個(gè)時(shí)刻，該閃電的長(zhǎng)度達(dá)到了40千米。與此同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)了“紅色精靈”存在的證據(jù)。

通常情況下，“紅色精靈”和“藍(lán)色噴流”不會(huì)一起出現(xiàn)，絕大多數(shù)時(shí)候只有其中的一種。相較而言，“紅色精靈”出現(xiàn)的次數(shù)會(huì)多一些?！八{(lán)色噴流”大多只能在空間站中才能觀測(cè)到。不過(guò)，據(jù)外媒《商業(yè)內(nèi)幕》報(bào)道，不久前，位于夏威夷的美國(guó)雙子星天文臺(tái)在莫納克亞火山附近捕獲到了“紅色精靈”和“藍(lán)色噴流”對(duì)接交織在一起“親吻”的景象，這是迄今人類拍攝到的屈指可數(shù)的兩種罕見(jiàn)閃電同時(shí)出現(xiàn)的場(chǎng)景。

“紅色精靈”像絢麗的紅色煙花盛放在貴陽(yáng)高空中。

“紅色精靈”上半部分呈紅色，底部漸變?yōu)樗{(lán)色，通常呈樹(shù)根或者水母狀，下端有很多垂下的飄帶一樣的絲線狀物。

宇航員安德烈亞斯·摩根森在國(guó)際空間站拍攝到一段奇特的“藍(lán)色噴流”在云層上方跳舞的視頻。

助力地球生命誕生

多個(gè)世紀(jì)以來(lái)，尋找地球生命起源一直是科學(xué)家孜孜不倦研究的科學(xué)謎題。迄今比較一致的看法認(rèn)為，地球早期經(jīng)天體撞擊收獲了大量的外太空礦物質(zhì)，主要是隕石。大部分地球上的活性磷都儲(chǔ)藏在不可溶的礦物中，這意味著生命的出現(xiàn)與地外天體的撞擊有關(guān)。

不過(guò)，美國(guó)耶魯大學(xué)的一項(xiàng)最新研究認(rèn)為，在地球生命誕生的過(guò)程中，閃電發(fā)揮的作用同樣重要，所產(chǎn)生的閃電熔巖含有大量活性磷的隕磷鐵石，其中的磷可以形成有機(jī)分子，促成地球上生命的出現(xiàn)。2021年3月16日，英國(guó)《自然·通訊》雜志刊載了有關(guān)這項(xiàng)研究的論文。作者本杰明·赫斯認(rèn)為，地球生命的出現(xiàn)依賴于必需元素的精準(zhǔn)調(diào)和，其中一個(gè)元素是“生物可利用磷”（或稱“活性磷”），這是DNA、RNA和細(xì)胞膜脂質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵成分。研究首次證明，閃電很可能是生命形成時(shí)期地球上活性磷的一個(gè)重要來(lái)源。如果大氣條件有利于閃電的產(chǎn)生，那么生命形成所必需的元素就可以被輸送到行星表面。

這一發(fā)現(xiàn)源于一塊閃電熔巖樣本，它是閃電擊向地表時(shí)在瞬間高溫作用下生成的一種類似玻璃的巖石，極為罕見(jiàn)。本杰明·赫斯在英國(guó)利茲大學(xué)就讀本科時(shí)，曾經(jīng)與導(dǎo)師研究過(guò)這塊原始閃電熔巖樣品。他們本來(lái)是想探明這塊巖石是如何形成的，卻意外發(fā)現(xiàn)該巖石樣本含有大量名為schreibersite的罕見(jiàn)隕磷鐵石。

在地球形成早期，天體撞擊地球時(shí)把磷帶到地球上。許多人猜測(cè)地球生命起源于地表淺水域，多數(shù)模擬生命起源的模型都是基于可攜帶少量隕磷鐵石的隕石這個(gè)假設(shè)的。但是本杰明·赫斯所在的研究團(tuán)隊(duì)提出，磷元素大量存在于難溶于水的礦物里，與生命起源的關(guān)系相距甚遠(yuǎn)。而隕磷鐵石卻是個(gè)例外，可溶于水。地球早期閃電頻襲，這意味著地表生命起源所需的磷不僅僅來(lái)自天體撞擊。閃電可以使物體表面溫度升至近2760℃，從而形成以前不存在的新礦物質(zhì)，在地球上制造出閃電熔巖。他們利用一系列分光技術(shù)，檢測(cè)到被閃電擊中的部分富含黏土的土壤形成的玻璃狀礦物中含有隕磷鐵石。

在掌握了閃電可以制造富含磷的隕磷鐵石的初步證據(jù)后，研究人員接下來(lái)要計(jì)算落在早期地球上的閃電是否多到足以讓大量磷元素被釋放到環(huán)境中。他們模擬地球早期大氣條件，指出45億年前月球形成以后天體撞擊地球的次數(shù)開(kāi)始減少，但閃電頻發(fā)。為了估算地球在生命誕生之初的關(guān)鍵時(shí)期里發(fā)生了多少次閃電，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了計(jì)算機(jī)建模。他們發(fā)現(xiàn)，每年地球可能會(huì)發(fā)生10億到50億次這樣的閃電，而其中會(huì)有1億到10億次擊中地面。每年單是閃電就能使地球獲得110～11000千克的閃電熔巖。在有水的情況下，閃電熔巖可能會(huì)釋放出能夠參與化學(xué)反應(yīng)的磷。依據(jù)研究人員估算，大約35億年前，因閃電生成的可溶于水的磷元素?cái)?shù)量超過(guò)來(lái)自隕石的磷，而那段時(shí)間地球上恰恰出現(xiàn)了迄今已知的最早生命。

本杰明·赫斯的這項(xiàng)研究，并不否認(rèn)隕石是地球上磷元素的一個(gè)來(lái)源，但與隕石影響隨時(shí)間流逝呈指數(shù)級(jí)下降不同，閃電可以在行星歷史中長(zhǎng)期存在，向其他類地行星提供生命起源所需的磷元素。

本杰明·赫斯與導(dǎo)師研究過(guò)的一塊閃電熔巖樣本