七色的闪电

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从远古时代开始，地球上就处处电闪雷鸣，显示大自然的巨大力量。尽管闪电引起的“上帝之火”烤熟了野兽，让人类学会用火从而告别茹毛饮血凄寒长夜的苦难，但人类对闪电却总是充满畏惧。于是古希腊神话里就有了手持电锤的宙斯，对谁不满意就电他一电以显示其至高无上的神权。或许是担心雷霆之怒和闪电之凶同时发作无法遏制吧，在中国古代神话里，雷和电是两权分离的状态：“雷公”和“电母”，有趣的是，在民间传说里，雷公总是一副凶神恶煞的样子，而“电母”却婀娜多姿。不知道您在电闪雷鸣之夜注意到没有，“电母”的每次出场，几乎都是带妆上阵的，而且是彩妆!

要见识电母的彩妆，首先我们要搞清楚闪电是什么。面对如此凶悍无比的闪电，人们都是躲得远远的，以免五雷轰顶之灾。唯独充满好奇心的物理学家不怕危险――1752年富兰克林就决定“钓”闪电回来研究研究：他的诱饵是一个风筝，骨架是用铜线做的，引线上面挂一串金属钥匙用于把电导出以便收集。雷雨淋湿了风筝线，一阵霹雳，闪电就顺着丝线导入到了他的简易电收集器里。之后，富兰克林欣喜地发现，原来闪电就是――电!这不废话嘛?可事实上在那个时代，人们对于摩擦起电的电已经有所了解，但却没人相信闪电也是电，或者没人想象到原来电的威力是如此之大。富兰克林的实验证明，闪电和摩擦起电的电是一种东西造成的，这就是我们今天所认识的电荷。普罗米修斯偷来天火给人类温暖，而富兰克林则揭示了闪电的本质，让人们意识到电的巨大能量和潜在应用前景。后来通过一系列优秀物理学家，诸如伏特、安培、法拉第、特斯拉、库仑等人的不懈努力，人们对电的认识不断加深。

今天的人们已经清楚地懂得，原来电就是电荷的移动造成的结果：电荷在电场里的定向运动形成了电流，而电流通过媒介时通常会发光发热，形成了人们通俗意义上感觉到的“电”。电荷之所以会运动，根本原因还在于电荷之间的相互作用，即同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。“闪电”其实也就是大气中的电流。当云层中的电荷积累到一定程度的时候，它和地面之间就形成了一个强大的电场，借助潮湿的空气而在瞬间剧烈放电，通过大气传导到了地面上，形成了闪电奇观。

闪电的魅力不仅在于它拥有巨大的能量――可以瞬间烧焦或者摧毁一些高耸的物体，而且还能发出剧烈的光芒。最有趣的是，这些光芒颜色和形状还各有不同――这就是“电母”的彩妆。最为常见的闪电是白色的(或许是“电母”的素颜)，也有红色、绿色和紫色的。1974年6月23日，前苏联天文学家契尔诺夫还曾经在扎巴洛日城看见一次“黑色闪电”，即不发光的闪电!难道这是穿着隐身衣的“电母”?闪电的形状，大部分都是树枝状的，也有珍珠状和火箭状的，最为厉害的是球形闪电，破坏力极强。

形成多姿多彩的闪电的原因就比较复杂了。电流是电场中运动着的大量电荷，那么势必带着一定的能量。当电荷在媒介中运动时，会受到各种各样的阻碍――杂质、缺陷、热运动的粒子等各种散射中心都会影响到电子的运动状态，这就造成了电阻。电子在散射的过程中，把能量传递给了其他粒子，使得物体温度升高，这就是电流的热效应起源。造成电流的电场分布情况决定了电流分布情况(严格来说还有磁场的影响)，电流朝不同的方向电离并击穿空气，形成了多支分叉的闪电。至于闪电不同的颜色，其实就是光的波长不同而已。如果都是在真空中传播的话，那不同颜色的光其实就是它们光子的振动频率不同。换句话而言，不同颜色的光实际上就是不同能量的光!空气中实际上存在着各种各样的粒子或者气体分子，当闪电把巨大的能量释放出来的时候，电荷与这些粒子的剧烈碰撞将使得能量发生转移，而粒子回到低能量的稳定状态时就必须释放一定能量的光子出来。这些不同能量的光子聚集在一起，就形成了不同颜色的闪电光芒。因为大气层底层的气体基本上是混合均匀的，所以闪电发出的光大部分都是白光，其中混杂着各种能量光子；而紫光则是高能闪电电离空气的结果，反之低能端就是红光。实际上，不同的气体被电离后放电，形成光的颜色是不一样的。如氦气为粉红、氖气为红、氩气为紫蓝、氪气为黄绿色、氡气为白――因为它们所能达到的能量不一样，从而放出的光子能量也有所不同。我们还要注意的是，闪电在瞬间的剧烈高温也会使得某些气体产生一些化学反应，生成有颜色的气体，如氮氧化物之类。至于黑色闪电，有人猜测可能是分子气凝胶聚集物电离产生出来的，这类闪电极其容易形成球形，危险性非常大。上述这些就是闪电颜色的秘密，或者通俗地说，“电母”是啥脸色(颜色)，还得看她“脾气”(能量)到底有多大!

气体放电现象在我们的日常生活中并不陌生，抬头看看房顶的荧光灯管就是气体放电的典型应用。通过两端的电极把灯管里的气体电离，高速的气体离子撞击到涂有荧光粉的管壁而发出荧光。而我们看到五彩缤纷的霓虹灯，就是采用气体放电原理。只要灯管里充不同的气体，就可以得到各种不同颜色的光源。人们常给灯管充卤素气体做成卤素灯，这样不仅可以保护灯丝大大延长灯泡寿命，而且可以方便地调节色温，如路灯就以穿透力最强和人眼感受最舒适的黄色为主。我们通常在用电时发生短路或者其他情况如出现电火花也是气体放电现象，而同时散发出的一些气味则更多是生成的臭氧或者氮氧化物造成的。

通过高压放电可以很好地模拟闪电，一块大金属平板可以看成是地面，而一个聚集大量电荷的金属球就可以看成是云朵。当电荷积累到一定程度，就可以把空气击穿，形成“花枝招展”的闪电。(文章代码：101613)