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紅色電流從天而降,,這是地球最超凡的閃電

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2025-07-09 17:48:46  國家地理中文網(wǎng)

我們的大氣好似一個巨型電路:雷暴云層是為其蓄電的電池,而閃電則是穿梭其中的電流,。當閃電撕裂長空猛擊地面,,或點亮雷雨云的瞬間,,我們得以窺見這電路回路的存在,,但在云巔之上,,藏匿著一座游弋著“紅色精靈”,,“淘氣精靈”與“藍色噴流”的電氣奇觀秘園,。







這些天馬行空的術(shù)語,指的是雷暴發(fā)生時出現(xiàn)在地球高層大氣的光象奇觀——瞬態(tài)發(fā)光事件(TLEs),。


“瞬態(tài)發(fā)光事件是如此神秘,、美麗,與常規(guī)閃電截然不同,,它們在一個戲劇性的時刻聯(lián)結(jié)上了氣象,、宇宙和電能。它們在云巔顯現(xiàn),,悄無聲息,,甚至多數(shù)人都無法看見——但它們反映了雷暴深處展開的強大能量過程?!敝袊茖W技術(shù)大學研究瞬態(tài)發(fā)光事件的博士生黃海亮說道,。






1989年,對這類事件的首次攝影觀測捕捉到了眨眼間劃過天空的紅色閃光,。這些奇觀被稱作“紅色精靈”,,名字靈感來源于莎士比亞《仲夏夜之夢》中的角色。隨著研究人員不斷發(fā)現(xiàn)全新的瞬態(tài)發(fā)光事件類型,,更多其他童話中的名字混進了其中,。


時至今日,科學家們?nèi)栽谥铝τ诶斫膺@些奇妙現(xiàn)象——了解其背后的成因,、產(chǎn)生的頻次以及它們本身所蘊含的關(guān)于地球大氣的知識,。



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圖為2024年12月拍攝于密西西比的“紅色精靈”。這是迄今研究人員和攝影師觀察到的最常見的瞬態(tài)發(fā)光事件,。|攝影:PAUL SMITH

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圖為2023年6月在堪薩斯抓拍到的“紅色精靈”,。目擊者描述,那些閃電就像胡蘿卜或水母,。|攝影:PAUL SMITH

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紅色精靈究竟是什么





如同追逐風暴一樣,,一些攝影師們也開始追逐起“精靈”,致力于在夜間雷暴云層之上搜尋難以捉摸的“紅色精靈”和其他瞬態(tài)發(fā)光事件,。






人們能在歐洲近海和美國大平原的雷暴中找到“紅色精靈”,。但在2022年,天文攝影師安久和董書暢捕捉到了105道“紅色精靈”,,這是在亞洲南部地區(qū)單次雷暴中最大數(shù)量的“紅色精靈”目擊,。這次研究的報告發(fā)表在期刊《大氣科學進展》(Advances in Atmospheric Sciences, AAS)上。







“‘紅色精靈’是最具標志性的瞬態(tài)發(fā)光事件,?!?/p>


該文章的第一作者黃海亮表示,。







它們在細長的根狀紅色條紋系統(tǒng)中閃爍了幾分之一秒。

這種現(xiàn)象是由擊中地面的正極閃電引發(fā)的,,由此產(chǎn)生的電場可以抵達地面上方約50至90千米的大氣層,。







在喜馬拉雅山脈以北的青藏高原,雷暴極為常見,。海拔高度的劇變產(chǎn)生了強對流,,濕潤空氣的翻騰又創(chuàng)造了云——這正是研究瞬態(tài)發(fā)光事件的絕佳實驗室。然而直至2022年安久與董書暢拍下風暴照片之前,,還無人在這里捕捉到瞬態(tài)發(fā)光現(xiàn)象,。






黃海亮和他的合作者、中國科技大學的大氣物理學家陸高鵬開發(fā)了一種方法,,來同步安久和董書暢在青藏高原所拍攝的視頻與圖像,。通過運用衛(wèi)星數(shù)據(jù)和夜間星圖來確定每個視頻幀的時間戳,研究團隊將大約70%已證實的“精靈”現(xiàn)象與觸發(fā)它們的母體閃電一一對應(yīng)起來,。







對黃海亮而言,,這些結(jié)果證明了業(yè)余觀測的科學價值?!斑@個領(lǐng)域能讓專業(yè)的科研人員和充滿激情的業(yè)余愛好者匯聚一堂,,并肩工作以了解這些短暫又深邃的事物。這實在令人興奮,?!?/p>






除開攝影師們抓拍到的海量“紅色精靈”,喜馬拉雅風暴中還出現(xiàn)了更罕見的瞬態(tài)發(fā)光事件:“噴流”和“幽靈”,。


研究團隊發(fā)現(xiàn)了16個次級噴流,,可見到通常呈藍色或紫色的粗大光柱沖上天空。團隊還發(fā)現(xiàn)了至少4種“幽靈”現(xiàn)象,,朦朧的綠光有時在“紅色精靈”上方盤旋,。






“雖然‘精靈’(及其他瞬態(tài)發(fā)光事件)在高層大氣中顯得脆弱又緘默,但它們常與強大甚至毀滅性的天氣系統(tǒng)有關(guān),?!秉S海亮表示?!袄斫馑鼈儾粌H是為了滿足我們對于高層大氣的好奇心,,更是為了幫助我們學習更多我們在地球上會遭遇的風暴?!?/p>





瞬態(tài)發(fā)光事件的數(shù)據(jù)庫





不同類型的瞬態(tài)發(fā)光事件基于海拔高度,、觸發(fā)的閃電類型和大氣中的化學物質(zhì)而變,但每種瞬態(tài)發(fā)光事件的確切成因仍未得到證實,。自2022年以來,,美國國家航空航天局(NASA)的“精靈探測”(Spritacular)項目一直嘗試捕捉這種變化,。這項計劃依賴于業(yè)余愛好者——數(shù)以百計的公民科學家提供的數(shù)據(jù),。

NASA戈達德太空飛行中心的大氣物理學家布爾庫?科薩爾領(lǐng)導了該項目,。“我已見過公眾在全球所捕捉到的精彩圖片,。它們零星散布于互聯(lián)網(wǎng)之上,,然而科學界大多對此一無所知?!笨扑_爾說道,,“‘精靈探測’是為了彌合這一差距,通過創(chuàng)建第一個眾包的‘精靈’和其他瞬態(tài)發(fā)光事件的數(shù)據(jù)庫,,將公眾與科學界聯(lián)系起來,。”



圖片

人們能在美國大平原和中西部的雷暴上發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)發(fā)光事件,。這張照片于2020年6月19日拍攝于堪薩斯州,。|攝影:PAUL SMITH






“精靈探測”邀請志愿者們提交他們在世界各地拍攝到的瞬態(tài)發(fā)光事件圖像。他們已經(jīng)收集到來自20個不同國家將近900名用戶提交的700來份成果,。







該項目旨在收集廣泛的瞬態(tài)發(fā)光事件證據(jù),,因為之前大多數(shù)的目擊事件僅僅只是曇花一現(xiàn)。

如果能收集到數(shù)量足夠多的觀測數(shù)據(jù),,庫爾薩和她的團隊就可以開始識別數(shù)據(jù)中的模式與趨勢,,進而研究如


“幽靈”和“噴流”等更為罕見的瞬態(tài)發(fā)光事件。理解瞬態(tài)發(fā)光事件還能夠促進我們對其他行星的了解,。


NASA“朱諾號”木星探測計劃傳回來的數(shù)據(jù)表明,,“精靈”(Sprites)和被稱為“淘氣精靈”(ELVES)的神秘光環(huán)在木星的大氣中也有出現(xiàn)。






因為瞬態(tài)發(fā)光事件在自然界中極其短暫,,科爾薩與她的合作者,、匈牙利地球物理與空間科學研究所(ELKH EPSS)科研人員約瑟夫?博爾一致認為,他們項目的優(yōu)勢來源于“精靈探測”項目的志愿者們,?!拔艺J為正是社會化的力量使精靈探測項目在與瞬態(tài)發(fā)光事件相關(guān)的科學工作中變得強而有力?!?/p>





氣候如何影響瞬態(tài)發(fā)光事件





推動研究的社區(qū)努力可以幫助解答最為緊迫的問題之一——氣候變化如何影響


“精靈”和其他瞬態(tài)發(fā)光事件的產(chǎn)生,。



“因全球溫度上升導致的氣候變化將對雷暴云層的強度與頻率造成影響,并導致更強的閃電活動,,以上這些全都是瞬態(tài)發(fā)光事件造成的前因,。”庫爾薩表示,。


“細節(jié)如何實現(xiàn)仍是一個活躍的研究領(lǐng)域,。但‘研究瞬態(tài)發(fā)光事件’這件事本身,,對于追蹤我們的大氣變化可能變得更加重要了?!?/p>


與氣候和太空學家們的合作,,了解不斷變化的風暴模式如何影響全球的瞬態(tài)發(fā)光事件活動,也是中國團隊的下一個任務(wù),。對于黃海亮而言,,能成為研究這份領(lǐng)域的一份子已足夠激動人心:


“感覺像是探索在大氣的邊界。每一次觀測都像是從太空邊緣捕捉到一個罕見而短暫的信號——它不僅能帶來視覺震撼,,還有明確的物理意義,。”

(責任編輯:zx0002)
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