地球上有哪些超出常人想象的自然现象？

源济

地球上有哪些超出常人想象的自然现象？ 

2017-11-19 爱科学的知乎君 知乎日报

题图：Public Domain

知友：大地（1900+ 赞同）

红色精灵、蓝色喷流、巨型喷流、圆环状放电，从这些发生在中高层大气的瞬态发光事件（TLE）的名称可以看出，人们对这类发光形态奇特而又无比巨大、动辄蔓延数十上百公里的短暂放电现象感到有多么的不可思议。

如果足够幸运，那么在陆地上也能观察到这些罕见的自然现象，古往今来不知由此诞生了多少传说。

1.红色精灵（Red Sprites），又称红闪或精灵闪电（Sprite (lightning)），有个字幕组将其翻译成了「鬼闪」也挺贴切的。

这种高层大气中壮观的放电现象，最早似乎可以追溯到德国历史、公法学家约翰·乔治·埃斯托的一本著作中第 195～196 页上一个小小的注释。大约是在 1730 年左右，埃斯托的老师暗示他在悲伤的天空中注意观察「coelo tristi」（不知道这是什么意思，谁能看懂书中内容告诉大家一下。他老师的暗示是否是这种现象的意思，如果是的话他又是怎么知道的呢？可能看到过又难以确定所以只能暗示了）。

有了暗示，埃斯托在某一天登上了福格尔斯贝格山脉的最高峰（700 多米），他穿过了雷雨云到达山顶，看到了头上的蓝天和白云，闪光从那里直接上升到天空中、然后又射向地面。

获得诺贝尔奖的苏格兰物理学家查尔斯·威尔逊曾经在 1925 年提出：从理论上来说，在大面积雷暴的气象条件下，高层大气中可能也会发生放电现象。

自 1886 年以来一直有零星的目击报告被当成奇闻轶事而有所记录，从第一次世界大战开始后的几十年间，一些飞行员报告观察到了奇异的闪光，但通常被认为是他们的幻觉、甚至是恐惧造成的。这些高空放电现象被忽略了一百多年，因为当时认为强烈的大气放电活动只能发生在对流层，而平流层和中间层大气都是电平静的。

直到 1989 年，明尼苏达大学在为即将进行的火箭发射测试微光摄像机时，意外的发现拍摄到了两条明亮的光柱，这个发生在 250 公里之外雷雨云上空的巨大放电图像就这样机缘巧合的被捕捉到了，成为中层大气放电现象存在的第一个事实证据。

在之后的几年中根据其发光颜色和捉摸不定的特点被命名为「Red Sprites」，这个意外的发现彻底改变了对流层电活动与中层大气光学现象相互作用的认识，引起了高层大气物理学研究的广泛重视和浓厚的兴趣，但目前还没有建立起能够很好的解释这种现象的完备理论。

由于地面观测受到距离、视野和光度等因素的限制，1994 年美国阿拉斯加大学采用两架在万米高空相距 10～75 公里的飞机对 Sprite 进行交叉观测，通过高速微光摄像机和图像增强器在雷雨云上方首次获得了彩色图像。

这个巨大的发光空间占用了超过 1 万立方公里的大气，其最上方的光晕分布在 88～95 公里的高度，中间的红色发光体分布在 66～74 公里，下方的卷须分布在 40～60 公里，上部是红色、向下转为紫色最后变成蓝色。

多年以来，从地面观测站、飞机、空间站上已经获得了成千上万幅图像。下面两张图片是 2015 年在国际空间站上拍摄到的，在雷暴活动产生的白色闪光映照下，红色精灵的成像非常清晰。

在地面拍摄到的图像。

智力 ESO 天文台拍摄的，图像是 21 分钟时长内的二次构图。

下面的图片非常神奇，一位摄影师本来是打算拍一些闪电的图像，没想到竟然捕捉到了 6 次红色精灵。

看原始视频更加震撼，虽然云层上空巨大的红色闪光转瞬即逝，但的确能够非常清晰的看到它一闪而过，就好像是天外发生的事件（注意看 21 秒和 24 秒处一共两次）。

红色精灵呈现出巨大而微弱的闪光、被认为是一种正极性流光，它们的亮度相当于中等亮度的极光，但持续时间很短只有几毫秒或几十至上百毫秒；

精灵多是由雷雨云中的正电荷对地放电时的正地闪激发于约 70 公里的高空、然后以大约每秒 1 万公里的速度快速向下发展而形成，正地闪只占全部地闪的 10%，云间和云内闪电又占了绝大部分，所以红色精灵发生的概率比较小、随机性很强。精灵的大小和形状变化很大，但多以柱状和带有卷须的胡萝卜状为主，水母状精灵非常大（差不多有 48 公里方圆），精灵在高度上通常会跨越 50～90 公里的范围。

2.蓝色喷流（Blue Jets）

蓝色喷流呈倒立的细圆锥形，从积雨云顶端出现后以大约每秒 100 公里的速度向上传播，直到 40～50 公里的高度开始消散，持续时间约 200～300 毫秒。它们的产生看起来与闪电并没有直接关系，但似乎与雷雨云中强烈的冰雹活动有关。蓝色喷流最初是在 1989 年由一架航天飞机在经过澳大利亚上空时观测到的，这也是一种非常罕见的中层大气放电现象，在 1994 年阿拉斯加大学通过飞机航拍对红色精灵的研究中拍摄到了 56 例。

一位非常幸运的天文爱好者@菲比寻常 在 2016 年 8 月 13 日的月光下，与朋友们一起观看和拍摄英仙座流星雨时亲眼看到并记录下了远处雷雨云上方这一世所罕见的自然奇观，这个概率比买彩票中大奖可要低多了。

这可能是有史以来捕捉到的最好的蓝色喷流的图像了。

我们无法确认古人是否看到过这种转瞬即逝的奇异天象，只是不知在他们的眼中这是神仙下凡还是巨龙飞天呢……

或者是这个家伙用锤子砸出来的？

3.巨型喷流（Gigantic Jet）

这是一种更为罕见的现象，与蓝色喷流相类似，但是巨型喷流可以从雷雨云顶部一直向上延伸至 70～90 公里的高度，直达电离层底部。

4.圆环状放电（ELVES），又称「淘气精灵」。

这种现象用肉眼是看不到的了，因为它通常只能持续 1 毫秒，发生在雷雨云上方 100 公里的电离层中，是一种直径可达 200～600 公里、闪光黯淡的圆环状放电现象。1990 年第一次被发现，也是由航天飞机在绕地飞行中拍摄到的。它的全称是电磁脉冲源引起的甚低频扰动与光辐射（Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources）。

上面这幅图片是台湾卫星拍摄的。

虽然在陆地上几乎不太可能观测到，但业余爱好者的能量是极为强大的，即使这种只能在千分之一秒内瞬间存在的奇异景象也不例外。下图是捷克的一名天文爱好者 Martin·Popek 于 2017 年 4 月 2 日夜间，使用微光摄像机在远方的雷雨云之上拍摄到了这个 300 公里大小的甜甜圈，他不但拍摄到了两次圆环状放电，而且还拍到了一次红色精灵。

芬兰的这位爱好者 Timo·Kantola 更牛，他在 2009 年拍摄到了圆环放电与红色精灵一同出现的图像。

购买一部微光摄像机，或者仅凭裸眼观看也行，根据准确的天气预报，在一个漆黑的夜晚，选择一个距离雷雨云 200～300 公里远、能见度优良的观测地点；将目光锁定在雷雨云之上，不要被闪电分散注意力，最好用一张黑纸之类的东西挡住闪电，确保视线集中在云层上方将要发生的那些事情上；足够的耐心会得到回报的，至少看到红色精灵的可能性比看到流星的概率要大，运气足够好还可能看到蓝色喷流，如果发现了巨型喷流。。。。。。

台湾在 2004 年发射了一颗卫星「福尔摩沙 2 号」，搭载的高空大气闪电影像仪是世界上第一个专门用来从卫星上观测瞬态发光事件的科学仪器。截至 2012 年末，记录到红色精灵 1945 例、精灵光晕 1812 例、ELVES21837 例、蓝色喷流 3799 例、巨型喷流只有 92 例。

自 1989 年首次事实上确认红色精灵现象以来，对于“电离层 - 雷暴 - 地表 - 晴天大气”这种全球大气电路的研究变得更为复杂，例如正极性的巨型喷流可能会向全球电路充电、负极性的进行放电，再加上太阳风的带电粒子、地球磁场作用以及舒曼共振等已知或未知的效应，使得地球的电磁场环境及其带来的影响纷繁复杂，这些超乎想象的自然现象也令人惊叹不已～～