雷电中的意外与谜团
文/陈晨星 科普作家
各地夏季多雷雨,几乎每年这个时候都有因为雷电所造成的灾害或伤害的新闻。数据显示,雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。而我国每年因雷击以及相关原因造成的人员伤亡至少在3000-4000 人,财产损失约50-100亿元人民币。对全球来说,这个数字恐怕更是惊人。人类早已踏入电器化时代,但我们对雷电似乎依然没有完全降服,一些现象甚至还没有理解。
让我们回到1753年8月6日,这个人类历史中夏日里寻常的一日。
我们也许早已熟知电学的开创者之一富兰克林,知道他和儿子曾在费城暴风雨中放飞风筝,并成功将闪电收集到莱顿瓶中,证明了天电与地电本无区别。据说他的妻子一次不慎被家中的莱顿瓶电击倒地,好一段时间才恢复过来。是否靠着他的肩头不得而知,但这件事促使了富兰克林对所研究的电现象进行深入的思考与实验:雷电也许并不是“气体的爆炸”,也不应是所谓“上帝的怒火”,而只是一种与实验室放电类似的现象。起初,他写了篇论文寄给英国皇家学会阐明他的猜测,但得到的多是嘲笑。终于,他在1752年6月份完成著名的风筝实验,当电流通过风筝线上下端的铁丝使他全身麻木时,这种熟悉而强烈的感觉使他忘掉了极度的危险,对着儿子大声欢呼着。他的论断也随着实验的成功被科学界逐渐接受并传播开来。
当时在俄国圣彼得堡科学院从事电学研究的德裔物理学家里奇曼得知富兰克林的实验后,并且获悉一些英法科学家开始设计新的装置继续研究,也开始着手用实验来研究雷电与大气放电。在第二年的夏天,作为院士的里奇曼正在科学院开学术会议,他看到天空忽然暗下来,听到远处隐隐的雷声,便连忙与助手向家中跑去。原来,他家中早已竖起了一根高高的金属棒,约十几米高,从房顶一直贯穿到书房地面附近,有一个绝缘底端,并连接一个自制的验电装置,用来进行附近暴风雨雷电的定量研究。
他在雷声大作中赶回家,三步并作两步跑入实验房间,连忙观察验电计量器上的变化。正当他看到电量越来越多时,突然一声巨响,离奇而又难以挽回的惨剧发生了:一个球状的发光物击中了里奇曼的头顶,好像从他身体中穿过,衣服被撕碎,鞋子被炸飞,实验装置一片狼藉,里奇曼当场殒命。
他的助手也被炸晕,但保住了性命。闻讯赶来的人们发现实验室的门已经掉了下来,如同一个炮弹袭击后的场景,在里奇曼遗体的脚底有一个明显的焦痕,而罪魁祸首被认定为传说中的球形闪电。里奇曼为电学的研究牺牲了,他成为第一个为研究电学而牺牲的科学家,这样惨烈的一幕也永载科学史册。这次事故在当时被广为传播,包括富兰克林在内的许多电学探索者意识到了接地保护装置的重要性,也促进了对避雷装置不断的改进。
尽管里奇曼英年早逝,但他与俄国同事兼好友罗蒙诺索夫对大气电现象研究的合作后来也有许多进展。据说罗蒙诺索夫当天也在家用类似的装置研究雷电。好友的不幸令他悲痛不已,但他也没有退缩,不久又开始了相关研究。
至于球形闪电,这是个神秘的话题,我们现在依然对它所知甚少,尽管全球已经至少有数千次疑似球形闪电的记录。它们大多出现在雷雨交加或暴风雨前后,约10~40厘米,呈发光的火球形状,中心极亮,颜色多变。据许多目击者描述,球形闪电的持续时间在10秒左右。它以缓慢的速度作水平移动,可进可退,可升可降。球形闪电的描述遍及世界各地,有时酿成悲剧,也引发不少恐慌与一些荒谬的超自然的解释。但是,球形闪电到底是什么、为什么发生等还没有形成共识。但有一点可以肯定,它是一种比较罕见的自然电现象。
目前可提供的科学解释也是五花八门:有人认为球形闪电是一种带强电的氢氧气体混和物;有学者则认为是雷暴中产生的电磁干扰效应引起的;更有研究者说它是一团高能等离子体。前几年《自然》杂志又曾报道,新西兰科学家认为球形闪电是硅纳米燃烧发光所致。
相信球形闪电的谜团有一天终将被解开。■