夏日里的某一天,当你漫步在街头的时候,抬头忽然看到遥远的空中忽然出现一条条红色的触手,从高空之中一直伸到远方的云层之中,就像宇宙中飘来了红色水母一样,但是转瞬即逝,你是否被这样的情景吓坏了?

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天空中的“红色触手”-1

天空中的“红色触手”-2

没关系,不用怕,这其实不是外星人来袭,而只是一种神奇的大气现象——准确地说,这是被称为“红色精灵”的闪电。

闪电,相信大家都不陌生。夏日的空中当云层快速运动的时候,云层之间快速地摩擦,所以同样一块云彩,有的地方带上了正电、有的地方带上了负电,当正负电荷的量达到一定程度之后,强大的电势差会电离空气——于是闪电就形成了。

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我们平时看到的闪电

但是,我们平时看到的闪电一般都叫做“云间闪电”或者“云-地”闪电,意思就是闪电电流在云之间流动,或者从云中落到地上,却不知道有一种独特的闪电,既不是在云朵间形成,也不是从云中落到地上,而是从太空落到云层的顶端,而这就是我们今天的主角:“红色精灵”。

如下图所示,就是一朵带电的云。可以看到,云上的“+”就是正电荷,“-”就是负电荷,有些特殊的情况下,这朵云会在中间挤满了正电荷、在底端和顶端挤满了负电荷。而这朵神奇的雨云将会孕育出来神奇的“红色精灵”。

能够形成“红色精灵”的雨云

我们接着要请上另外一个主角:“电离层”。

电离层是我们地球大气中比较靠外的一部分,位于距离地面大概50-500公里之间的区域内。

这部分大气由于受到宇宙射线(尤其是太阳发出的太阳风)的影响,因此其中的分子都发生了称为“电离”的现象。有些时候电离现象会导致大气分子发光,而这就是美丽的极光。

发生在电离层中的极光现象

除了会发生极光之外,电离层中充满了正电荷。而这个时候我们就想起来刚刚那朵位于空中的雨云,要知道,那朵雨云的上表面就附着满了负电荷。云层上方的负电荷和电离层中的正电荷相互作用,产生了极强的电场,于是一种特殊的闪电现象——“红色精灵”就这样发生了。

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雨云和电离层电荷产生的电场

如下图所示,就是科学家用高速相机捕捉到的“红色精灵”闪电,可以看到,就像是我们之前看到的闪电类似,一根根“触手”从上方的电离层中逐渐下降,最终形成了这种特殊的天气现象。

“红色精灵”产生的过程

由于这种闪电形成在电离层和雨云之间,所以看起来就距离地面非常遥远,远远看上去就有如一条条巨大的外星章鱼,正在把触手伸向地面的云层之中。而在太空中看这样的现象更加壮观,你可以清楚地看到这种独特的闪电高高地悬在空中,而红色精灵的下方就是我们正常看到的正在电闪雷鸣的雨云。

太空中看到的“红色精灵”

“红色精灵”局部放大图

而除了“红色精灵”之外,大气中还会发生其他类似的放电现象,比如说下图中的“Blue Jets”、“Elves”、“Gigantic Jets”等等,我都不知道怎么翻译,不得不让人感叹大自然是多么神奇。而我们平时看到的,只有最下方发生的“CG”,也就是云-地闪电,只有在照片中才能够一饱“红色精灵”的眼福。

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云层上方发生的种种神奇闪电