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第9章 天空的奥秘(1)

日出日落可知一日中的时间,月亮的盈亏可知一月的时间。北斗星可以指示北方,云的厚度和形状可以知道会否下雨。天空是那么的辽阔,又蕴含着那么多的秘密:绚丽的极光是怎么形成的?美丽的彩虹为什么是七色的?而迷人的流星雨又来自哪里呢?天空有太多的秘密需要我们去了解,需要我们去解读。

绚丽多彩的极光

古人观极光

极光是磁世界中极为绚丽的奇观,很多亲眼见过极光的人都由衷的感慨一句:只羡“极光”不羡仙。

在中国远古历史上的黄帝时代,就已经有关于极光的传说了,相传在一个皓月当空、星河闪耀的夜晚,黄帝的母亲附宝抬头仰望,忽然一团绚丽耀眼的火球一闪而过,那气场五颜六色、异常凶猛、比彩虹美丽迷人百倍,后来,附宝就生下了黄帝轩辕氏。

在北极地区,因纽特人认为,极光是神灵为死去的善良的人而精心铺设开通的天堂之路,或者有人认为是远处天穹上空发生了火灾,更有人迷信说,这是女神精灵们在扬袖起舞,挥手绣图。

可见,在古代,这一未知的旷世奇景,在先辈眼中是何等的神秘。

美丽的极光

极光的形态千变万化,颜色瑰丽无比。地球上没有哪一种自然奇观可与它相伯仲,它是世界最罕见、最绚丽、最神秘的绝世奇景。

极光有时宛如青丝缠月、棉絮焚燃;有时淡绿典雅,令人如痴如醉,好似一帘幽水;有时龙飞凤舞,色彩齐聚,气势磅礴;有时就如宙斯的火炬,恨不得将整个天空和宇宙点燃。

极光的成因

极光是由来自太阳风的经过磁层加速的沉降粒子,与高空大气成分相互作用所产生。因地球是一个巨大的磁体,磁力线从南北两极发出,形成无数个闭合的磁力线圈,地球就被这些无形的磁力线弧包围着。外层空间的高能粒子一旦被地球磁力线“捕获”,就沉降在两极地区,神秘的极光也就在这个过程中形成。

极光作为极区磁层与电离层相互作用最集中的表现形式,它并非地球的“专利”,木星等太阳系中的有磁星体普遍具有这种现象,因此,研究地球极光,对研究其它行星奠定了基础。

极光研究的意义

专家认为,极区是一个人工难以实现的天然实验室,是地球开向外空的窗户,极区的观测研究在日地能量传输的研究中占有极其重要的地位。研究极地高空大气、极区电离层、磁层耦合与极光动力学,弄清极光粒子加速机制,定量地了解能量沉积将为进一步的定量研究日地系统能量传输过程奠定科学基础,为近地空间环境预报提供物理依据,同时对等离子体物理、磁流体力学、光化学以及非线性科学等一些基础学科的发展也具有重要意义。

庐山佛灯传奇

罕见的“庐山佛灯”

庐山,素有“匡庐奇秀甲天下”的美誉,以雄、奇、险、秀而闻名于世。这里不仅是久负盛名的风景名胜区,而且还是一个绝佳的避暑之地。

历代诗人游经此地,面对此情此景,当然会诗性大发,其中以李白的《望庐山瀑布》最为著名。

飞流直下三千尺,疑是银河落九天。

让我们记住了那壮观的银泉飞瀑。但是,除此之外,庐山更有挺拔的青峰秀峦,还有瞬息万变的云海奇观,让我们流连忘返。

但是,除了这些风景名胜外,气象学家竺可桢曾说,庐山有三大疑案,不知道你是不是听说过,那就是“雾有声,雨上行,天池佛光。”

在庐山大天池的文殊台,人们有时在月隐之夜,向黑沉沉的山谷间望去,会突然见到十到数百点荧荧火光涌现。火光时大时小,时聚时散,忽明忽灭,忽东忽西,或近或远,时高时低……这便是所谓的佛灯。

佛灯又名圣灯或神灯。“灯”的颜色有白色、青色或蓝绿色等。《庐山志》中说它早在1000多年前就出现了。由于佛灯最早出现在天池山的文殊台下,古人便迷信是文殊菩萨的化身之光。又传说“这是过路的神灵或仙佛手提灯笼穿行在天地之间”,也有传说“是众佛举着灯上天朝见佛祖去了”。

古人对“庐山佛灯”的赞美

佛灯吸引了古往今来的许多文人学者。南宋诗人周必大游庐山时来天池寺住宿,当夜就看到了半山腰间出现了许多忽隐忽现、飘忽不定、犹如繁星闪烁的火光。他立即记下了这难以遇见的景象,说那灯火“闪烁合离,或在江南,或在近岭,高者天半,低者掠地”。“天池佛灯”从此有了正式记载。500多年前的明代学者王阳明,在天池寺留宿时,也看到了佛灯,写下了著名的《天池文殊台夜佛灯》一诗,诗云:

老夫高卧文殊台,拄杖夜撞青天开。

撒落星辰满平野,山僧尽道佛灯来。

其实,佛灯之说在峨眉山、青城山等名山也广为流传。峨眉山看佛灯的地方在金顶睹光台。唐代诗人薛能有《咏峨眉佛灯》诗为证:“莽莽空中稍稍灯,坐看迷浊变清澄。须知火尽烟无益,一夜阑边说向僧。”在青城山主峰高台山顶的上清宫旁有神灯亭,可观看对面大山幽谷中出现的神灯。“大面峰头六月寒,神灯收罢晓云斑。深空忽涌三银阙,云是西天雪岭山。”这是南宋诗人范成大游青城山时吟就的《最高峰望雪山》诗。

佛灯之谜众说纷纭

佛灯之谜一直悬挂在人们的心头。1961年秋天,我国著名气象学家竺可桢特地将佛灯列为庐山大自然的三大谜题之一,向庐山有关研究所提出来,希望科学工作者认真予以研究。

有人认为佛灯是山下灯光的折射,有人认为是星光照在水中的反射,也有人说是一种大萤火虫的聚集飞舞,还有人说是山中蕴藏着能发出萤光的矿石。

普遍的解释是磷火说,认为佛灯说就是民间所说的“鬼火”。因为人和动物的骨骼中有磷质,一种厌氧微生物在当地缺氧的条件下,与骨骼发生作用,产生了甲烷气体,并把磷酸盐转化为磷化氢气体。磷化氢的自燃又引起甲烷的燃烧,于是形成蓝绿色火焰。

磷火说看似很合理,但是却有很多漏洞。一是磷火多贴地面缓缓流动,不可能飘得很高,更不会“高者天半”或“有从云出者”;二是磷火的光很弱。

新的理论与解释

1981年底,一位飞行员,以他多次的经历,提出佛灯是“云层对星光的反射”所致。因为他经常在无月的夜间飞行,飞机在云上,可以看到天上地下好像都是星星。

一些专家也非常赞同这种新观点,并从理论上阐述了他的见解:“庐山云海对光线的反射率为20~78%(100~500米厚层积云),天空中一等星星光经反射后变成了二等星或三等星;二等星变三等或四等星,其余类推。平时,人的肉眼能看到的颗数与云层的大小、位置和运动有关,多则几百颗,少则几十甚至几颗。而且云层在运动,被它反射的星光也在动,造成忽明忽暗,时聚时散,神秘莫测。”

不过,根据这种理论,云层反射星光的现象应该是相当普遍的,而佛灯并非其他每处高山都能见到,即使是许多一辈子生活在庐山的人也难得一见。并且在庐山、峨眉山和青城山上,也只有特定的时间和地点才会出现佛灯,又作何解释呢?

据报道,在美国新泽西州长谷镇附近等100多个地方,每到夜晚也有神灯出现。经过长期研究,人们发现,这些神奇荧光都出现在石英砂的断层带附近。显然这与石英的压电效应有一定联系。由于长谷镇附近的断层是一种活动断层,当断层发生错动时,地下岩石中的石英受压或受扭曲作用,产生压电电荷。电荷上冲到地表聚集到一定数量,便会放电。若放电足够强烈,就会使近地面的空气大量电离,温度骤升,放出熠熠辉光,出现一团团直径为5~100厘米大小的光球。

不妨试想,庐山佛灯与长谷镇神灯产生的原因可能是相似的。这需要我们进一步去探讨和研究。

威力巨大的台风

台风的形成

每年在台风季节里,如果收听电视和广播里的台风消息、台风警报,就会发觉台风总是产生在西太平洋上;如果从它的位置来说,它经常产生在北纬5~20度的热带。而且年年都是这样。可以说,热带的海洋是台风的老家。例如袭击我国的台风,就常是在菲律宾以东洋面和我国南海一带产生的。

那么台风是怎样形成的呢?产生台风的条件,主要有两个:一是比较高的温度,二是充沛的水汽。

举个形象的例子。烧开水时,锅底的水会往上升,这是因为锅底的水受热后膨胀了的关系。空气也是这样,下层的空气受热后,就会往上升。在温度高的区域内,正好碰上了大气里发生一些扰动,大量空气开始往上升,使地面气压降低,这时上升区域的外围空气就源源不绝地流入上升区,因地球转动的关系,使流入的空气像车轮那样旋转起来,这就是产生台风的一个原因。

而在热带的洋面,当海水受热蒸发,形成一层潮湿而不稳定的空气,空气受热迅速上升。湿热的空气中有许多水汽,水汽上升凝结放出大量的热,从而使空气温度持续上升,形成一个气压很低的区域,四周较冷的空气就会乘虚而入,迅速流过来补充,这样就形成了一个强烈的空气旋涡。旋涡刚产生时,范围较小,风雨也不厉害,如果这时旋涡减弱消失,风雨也就逐渐平息了,从而不可能形成台风。一旦旋涡进一步加强,就有可能形成台风。

而在我国的附近,有什么地方能同时具备这两个条件呢?只有在热带的海洋上。那里海面上气温非常高,使低层空气可以充分接受来自海面的水源。那里又是地球上水汽最丰富的地方,而这些水汽是台风形成发展的主要原动力。

台风的生命历程

台风的生命历程按其发展过程,可分为四个阶段:

初始阶段:在易发生台风地区,储存水分,积蓄能量,规模越来越大,能量越聚越多,逐渐孕育到足以发生台风。这是形成台风发生的内在条件的一个初始阶段。

发展阶段:已经具备了足够的内在条件,再受外来条件(如强冷空气侵袭)的触发作用,便会发生强烈扰动,使潮湿不稳定的空气急剧上升,空中水汽凝结降落,释放潜热,空气上升会更加急剧。四周空气汹涌流来,再受地转偏向力的影响,涡旋加深,风速变大,向台风发展。

成熟阶段:通过发展,形成了台风,具有了造成灾害的能力。成熟的台风,有的很快消亡,有的继续加强,也有的维持现状。这要看以后能量的输入和消耗的对比而定。

消亡阶段:如果台风能量收入减少,台风就会因消耗能量增加逐渐趋于消亡。登陆后的台风消亡速度快,因为陆上空气比较干燥,能够供给的能量少,且地面摩擦作用消耗能量较多。另外,由于摩擦力增加,气流便有较大的向台风中心的分量,注入台风内部的空气增多,这样台风易于消亡。到了高纬度海洋上,热带气旋就会变为温带气旋,消亡较慢。

台风的移动

台风形成以后,由于自身的运动和它所处地区盛行风的作用,它便离开发源地,沿着半圆弧状的路径作长途旅行。台风在移动的时候,一边自己调整旋转,一边向前移动,就像小孩子玩的陀螺一样。

影响我国的台风,移动路径主要有三条:一条是由发源地向西,经南海,在我国广东沿海和越南沿海登陆;另一条是开始向西,横穿我国台湾岛,在福建、浙江、江苏和上海沿岸登陆,或不登陆,而在近海地区经过,对我国东南沿海影响最大;再一条,从源地直向西北,再转向东北,向日本移去,对我国影响极小。

台风在移动过程中,有时候捉摸不定,当它逼近大陆的时候,有时候又转向离去,不再登陆,可是随后它又调转回头,兜个圈子卷土重来,重新登陆,这种情况往往使天气预报做出错误的判断。

现在,随着科技发展,我国科研人员已经能够运用卫星云图、气象雷达等手段,比较精确地预报台风的路径了。

台风带来的影响

像江河里的水涡随江水流动一样,台风也会随气流移动,给所经之处带来大风和降水。台风一旦登陆,水汽来源锐减,同时因低层受地表摩擦的影响增大,低层的空气辐合量大于高空辐散量,因而气压升高,加上能源的补充不足,使其很快减弱、填塞而逐渐消亡。

影响我国的台风主要有两个相对集中的生成区,即菲律宾东部和琉球群岛附近海面、南海海面。

当受到它的袭击时,人民的生命财产、工农业生产、海上和江湖航行都会受到极大的威胁。

台风在危害人类的同时,也在保护人类。台风给人类送来了淡水资源,大大缓解了全球水荒。一次直径不算太大的台风,登陆时可带来30亿吨降水。另外,台风还使世界各地冷热保持相对均衡。赤道地区气候炎热,若不是台风驱散这些热量,热带会更热,寒带会更冷,温带也会从地球上消失。一句话,台风太大太多不行,没有也不行。

空中火球——球形闪电

雷击事件

大雨倾盆,从天而降,云雾缭绕,电闪雷鸣。山林完全被笼罩在黑暗之中,一团火球炸开天幕,这就是大自然中的雷电球现象。

在我们大家的印象中,在大雨将要来临的夜空,闪电就像银蛇一样在空中狂舞,随后就是震耳欲聋的雷鸣声。

根据报道,地球上空每年发生闪电多达31亿多次,平均每秒中就有100次之多。其中有很多离奇的事情。

1981年,一架“伊尔-18”飞机从黑海之滨的索契市起飞,飞到1.2万米高空时,突然一个直径为10厘米的火球闯入飞机驾驶舱,发出阵阵巨响,最后就神秘蒸发了,接下来,就是连续好几次的进攻,飞行员发现雷达和仪表已经失灵,部分乘客受伤。

1989年,前苏联莫斯科夏令营的驻地上,正下着雨,忽然闯进两只雷电球,闪着蔚蓝色的光辉。两只雷球四处游荡,在追逐地面上的人们,把人们吓个半死。

科学家们努力查实后,断定是它是一种带有强电的球状气体混合物,且不稳定,一旦碰到导电体就会放电和爆炸。枝状闪电在空中经过或者打击地面时,产生高频电磁震荡,使空气受到激发而形成一团漩涡状的等离子体,并且会从周围环境中吸取能量,倘若吸的太多的话,就会爆炸。

雷电分直击雷、电磁脉冲、球形雷、云闪四种。其中直击雷和球形雷都会对人和建筑造成危害,而电磁脉冲主要影响电子设备,主要是受感应作用所致。云闪由于是在两块云之间或一块云的两边发生,所以对人类危害最小。

球形雷的形成

球状雷通常都在雷暴之下发生,它十分光亮,略呈圆球形,直径大约是20至100厘米。通常它只会维持数秒,但也有维持了1~2分钟的纪录。更神奇的是它可以在空气中独立而缓慢地移动。

雷电球也叫球形雷、球状闪电,俗称滚地雷,就是一个呈圆球形的闪电球。这是一个真实的物理现象,绝非科幻小说或卡通片的能量炮。北宋著名科学家沈括(1031~1095)在《梦溪笔谈》中,记述了一次球状闪电的实况,描述了暴雷运行的过程。球形闪电自天空进入“堂之西室”后,又从窗间檐下而出,雷鸣电闪过后,房屋安然无恙,只是墙壁窗纸被熏黑了。

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