最近網友拍攝的一段球狀閃電的影片重新引起了人們對這種地球上最神秘的物理現象的興趣。

網友拍攝到的球狀閃電

其實這種物理現象很早就有人記錄，其中最早的記錄是中國宋朝科學家沈括在他的名著《夢溪筆談》中記錄了球狀閃電融化金屬的例子，國外最早關於球狀閃電的記錄則在沈括的500多年以後。

什麼是球狀閃電？

顧名思義，球狀閃電就是圓球形狀的閃電，這個名字的由來是因為這種現象通常都在閃電後出現，並且這種球狀物質發光有時跟閃電的光一樣，所以就被叫著“球狀閃電”，這是一個很容易讓人誤解的名字。

1960 by I. Shagin

球狀閃電的大小一般在幾釐米到幾十釐米之間，最大的也有幾十米的；顏色也有黃色、白色、藍色，甚至還有黑色的，不過這些研究大多數都是根據目擊者的描述來總結的，所以不一定準確，最早拍攝到球狀閃電影片的是幾位中國科學家，他們之所以能夠拍到這種奇特的現象也是一個意外。

中國科學家拍攝到的球狀閃電

2012年，西北師範大學的幾位科學家在青海拍攝閃電光譜，他們用的裝置是兩臺無縫分光相相機和一臺運動相機，因為他們的目標是拍攝閃電的光譜，所以他們的裝置遠比一般的相機高階，這也使得他們不僅能夠拍攝到球狀閃電的影片，還能拍攝到球狀閃電的光譜，光譜可以用來分析球狀閃電中的發光物質。

中國科學家拍攝到球狀閃電的具體位置

根據他們這次拍攝到的結果，這幾位科學家2014年在物理頂級雜誌PRL上發表了一篇論文（這篇論文應該是西北師範大學在PRL上發表的最出名的論文了），專門解釋他們觀測到的結果，並且根據他們光譜分析，證明了球狀閃電中發光的成分主要是泥土中的矽、鐵、鈣離子。

球狀閃電的研究歷史

雖然最早關於球狀閃電的記錄在中國，但是球狀閃電的研究主要集中在西方，還專門成立了國際球狀閃電協會，每兩年舉辦一次會議用來交流球狀閃電研究進展。

根據Web of Science資料庫統計，關於球狀閃電的論文一共有2400多篇，在2014-2020這幾年間，每一年都有一百多篇關於球狀閃電的論文發表，2021前9個月都有一百多篇關於球狀閃電的論文發表，隨著研究的深入，人們對於球狀閃電的發生機理也認識的越來越清楚，有幾個實驗室甚至可以在實驗室內自己製造出球狀閃電。

關於球狀閃電的解釋有很多，但是可以歸為兩類：一類是內部能量解釋，即球狀閃電是由於內部的能量發光形成的，主要模型是閃電擊中地表，形成等離子後發光；另一類是外部能量解釋，即球狀閃電的能量是由外部提供的，主要模型是超強的電磁場可以為球狀閃電提供能量。

這兩種模型各有優勢，目前依然沒有結論到底哪一種模型更能解釋球狀閃電的起因，下面我將主要介紹第一類解釋中的一個物理模型，因為是這種模型更簡單和更直觀，根據奧卡姆剃刀原理，越簡單的理論往往越容易是正確的。

俄羅斯科學家實驗室製作出了不同顏色的球狀閃電

根據內部能量理論解釋，要想製造球狀閃電，最關鍵的就是要製作一種叫做“水化等離子體”的物質，這個概念聽起來難以理解，簡單來說就是要模擬雷雨天氣後溼潤的空氣，然後再往裡加入各種離子，下面的實驗裝置圖就是Egorov等人在2002年和2004年發表的文章中介紹的他們產生球狀閃電的實驗裝置。

在實驗的過程中，透過改變等離子的成分，他們觀測到了白色、紅色、黃色等不同顏色的球狀閃電。

小結：球狀閃電不是閃電

雖然球狀閃電的起源和物理解釋目前仍然不統一，但是有一個結論是確定的——球狀閃電不是閃電，而是一種帶電的發光體。原因如下：

（1）光譜不同。根據中國科學家2014年在PRL發表的論文可以看出，閃電的光譜主要是氮和氧，這是由於閃電在從雲層通向地面的時候將空氣中的氮氣和氧氣電離形成的；而球形閃電的光譜主要是矽、鐵、鈣，當然也有一部分氧和氮，閃電和球狀閃電的核心發光物質是不同的，這也是我們從來沒有見過綠色或者黑色的閃電的原因。

（2）內部溫度不同。閃電的內部溫度在1.5-3萬攝氏度之間，而球狀閃電通常被認為是常溫。

（3）傳播速度不同。閃電的速度可以達到幾十公里每秒，球狀閃電一般是幾米每秒，比人跑步的速度要慢，所以看到球狀閃電往自己這個方向過來趕緊跑還是來得及的，但是如果閃電往自己這個方向來只能自求多福了。

（4）形成機理不同。閃電的路徑是由於雲層和大地之間的高壓，再加上空氣中的水分，使得原來是絕緣體的空氣變成了導體，是一種電的傳導作用；目前關於球狀閃電的形成機理還不統一，但可以確定的是跟閃電的形成機理不是一回事。

綜上，雖然球狀閃電一般都發生在閃電之後，但是球狀閃電不是閃電。