气象知识网站

首页>历史期刊>2017年>2017年第2期>文章

大气中的“怒发冲冠”现象

  在多雷暴的季节里,不仅要提防那划破天空震耳欲聋的电闪雷鸣给人们带来的可能危害,也要警惕那悄然而至有光无声的圣爱尔摩火给人们带来的可能威胁。

  从蔺相如怒发冲冠说起

  “怒发冲冠”一词出自《史记·廉颇蔺相如列传》,是说蔺相如视秦王无意偿越城,乃持和氏璧“却立倚柱,怒发上冲冠”。在《庄子·盗跖》中亦有类似词语:“盗跖闻之大怒,目如明星,发上指冠。”大家熟知的宋朝岳飞《满江红》中也曰:“怒发冲冠,凭栏处,潇潇雨歇。”它们都是说人愤怒得头发竖直,把帽子冲起来了。后人用此词来形容人愤怒到了极点。

  虽然每个人头发的颜色、形状、长短、粗细,甚至生长速度等方面有所差异,但是,有一点是相同的,那就是每个人的头发(包括身体上其他的体毛)都像树分为树干和树根一样,分为发干和发根两部分。发干是露出头皮之外的部分,发根是埋在头皮内的部分,是头发的根部。发根被毛囊包围着,毛囊的一侧有一束斜行的平滑肌,称为立毛肌,它控制着头发的活动。立毛肌听令于交感神经的支配,当发生愤怒、恐惧、惊吓等情绪变化,或寒冷等外界环境刺激时,交感神经兴奋,随之肾上腺素水平增高,立毛肌就会收缩,力图使头发直立。但是,由于头发本身的质量,立毛肌收缩的力量不足以使发干直立,更谈不上“冲冠”了,其力量只能够使皮肤被扭曲而产生鸡皮样外观,即通常所称的“鸡皮疙瘩”。而古人蓄的都是长发,头发竖立起来,并把帽子冲上去,那更是不可能的。不难看出,“怒发冲冠”是一种夸张式的描写。

  其实,这种看似非常“滑稽”的“怒发冲冠”现象,如今,借助科技的力量,是可以真实体验一下的。在现代科技馆的静电实验场上,就可以真真切切地出现“怒发冲冠”的景象。女孩子站在绝缘台上,当她的手接触带电体时,头发立即向四面八方“炸开”,竖立起来,好像电影中的魔鬼一样。在这个过程中,并没有立毛肌的参与,就好像被风吹起来一样(虽然实现了“怒发”,但是,“冲冠”仍然是不可能的)。这是怎么一回事呢?奥秘就在于在电荷周围存在着电场,女孩子头发竖立起来,正是这种电场力作用的结果,表明了她头顶上存在着电场。

  大气也会让你“怒发冲冠”

  无独有偶。在大气中也有让人“怒发冲冠”的时候。1975年8月一天炎热的下午,在美国加利福尼亚州一个旅游胜地,许多人攀登到一个山峰的高处。正当远处有乌云袭来之际,人人却面面相觑,因为他们个个头发都竖立起来,酷似“怒发冲冠”。

  更为有趣的是,人的头发“无端”地冒出火光。据载,前苏联登山运动员登上了天山的一个山峰。突然,乌云密布,雷电交加,此时,运动员头上有明亮的淡蓝色火光闪耀着。有个运动员摘下帽子后,发现自己发亮的头发直立起来了。当时,连冰镐、照相机、金属钮扣全都发亮了,还传出咝咝的声响。后来,雷雨停了,亮光也“熄灭”了。运动员只是稍稍感到指尖和发根像针刺一样。

  远古时代,这种现象被认为是一种吉祥的征兆。在很早很早以前,有一支古罗马军队,在傍晚行军途中,听到远处传来隆隆的雷声,预示暴风雨即将来临。突然,士兵们发现在部队上空出现了星星点点淡蓝色火光,仔细一看,是自己的矛尖在闪闪发光。那时,谁也不明白这种奇异现象的本质。士兵们既惊讶又欢欣,以为“胜利之神”在向他们招手呢。

  在那个时候,这种现象以神话中的孪生兄弟的名字,命名为卡斯托尔和波卢克斯火。后来,改名为圣爱尔摩火。这是因为在意大利圣爱尔摩教堂的尖顶上也常常出现这样的火光。

  有趣的是,文人笔下也不乏对圣爱尔摩火的描述。比如,作家高尔基在《伊泽尔吉莉老妇人》中写到:乌云缓慢地爬上了草原,在草原的远方,已经漆黑一片了,似乎在草原深处隐藏着、潜伏着某种东西。突然,燃起一些微弱的蓝色火焰,它们时而这里,时而那里;时而出现,时而熄灭。仿佛是流散在草原上彼此相隔很远的一些人,正在草原上寻找什么东西,他们点起火柴,那火苗又立即被风吹灭。这是一种极其怪诞的蓝色火舌,使人想起某种神奇古怪的东西。哲学家卢齐·谢涅卡是这样描写的:在雷雨期间,它们(注:指圣爱尔摩火)好似星星下凡,坐在船桅上。作家柯尔利斯比较详细地描述了埃及金字塔上圣爱尔摩火的景象:有一次,晚上将近11点钟,它们像一团小火焰,围绕着金字塔周围缓慢地转了三圈,几乎一直上升到塔顶,然后就不见了。又一次,在晚上8点钟左右,金字塔上出现了蓝色的光,沿着直线在金字塔斜坡面上缓慢上升,到达塔一定高度以后就不见了。

  圣爱尔摩火是大气无声放电现象

  圣爱尔摩火既不是神灵在显圣,也不是人们自己点燃的火把,科学家已经对这一神奇古怪现象给予了合乎逻辑的解释:它是一种大气无声放电现象。这种现象大多发生在雷雨天气里,是在雷雨到来之前云层和地面之间不同性质的电荷相互吸引而发生的。

  众所周知,我们的地球被电场包围着,通常情况下,地球表面带负电荷。天空中出现的雷雨云中聚集着大量的电荷,一般来说,云的下部带正电荷。通常情况下,其间隔着的空气层是电的不良导体,使电荷不能穿过空气层而相互结合。但是,随着雷雨云的发展,云中电荷就会越积越多,从而在云层和地面之间形成一个很强的电场。当云层和地面之间的电场增强到一定强度时,其间的空气层将被“撕”开,即空气层被击穿,出现了云层底部的正电荷和地面的负电荷相互吸引而结合的放电现象(这种现象叫做电离)。又由于电荷“喜欢”走近路,那些地面上的尖端物体的顶部(如塔尖、树梢、桅杆、烟囱、旗杆,甚至草花、庄稼,还包括人的头发、动物的角)聚集着更多的电荷,更易与云层之间产生放电现象。这个强烈电场就会悄悄地(缓慢地)在这些尖端物体的顶部击穿其与云层之间的空气层,引起无声放电,并发出微弱的蓝光来。而由于这种放电现象出现在物体的尖端部位,所以又称为尖端放电现象。在这种放电情况下,从各种不同的尖端或凸出部分有微小的电火花相继“跳出”,如果火花很多而且火花释放过程是连续的,人们就会看见淡蓝色的火焰,就像火舌一样,如此形成了被高尔基认为是神奇古怪的圣爱尔摩火。

  由于高层大气电离比低层的要强些,因此,高山上的电场要比平原上的大得多,所以圣爱尔摩火在山区更常出现。

  圣爱尔摩火与通常意义上的闪电现象,虽然同属大气放电现象,但是有所不同。后者常常伴随着震耳欲聋的炸裂声——雷鸣,它是一种强烈的高速放电过程,而且闪光可以划破长空,在天地之间形成一条耀眼的光带。如前所述,圣爱尔摩火仅仅类似于小范围的“微小的电火花”,而且是“无声”的,当然,如果仔细一听,还是可以听到很低的嘶嘶声响。

  提防圣爱尔摩火的狰狞本性

  一般情况下,圣爱尔摩火不会对人类带来很大的威胁,如前所述,只会让人“稍稍感到指尖和发根像针刺一样”。然而,圣爱尔摩火有时也会像惊天动地的雷电一样,显露出它那伤人的狰狞本性,过去是不乏其例的。大致有两种情况会给人们带来伤害,一是紧随其后的雷电造成的,一是在“尖端”附近有导致爆炸或火灾的物品造成的。

  如前面提到的1975年在美国加利福尼亚州登山游客,对“怒发冲冠”由惊讶到感到有趣进而竞相摄影,为的是留下这个难得的镜头。谁知乐极生悲,就在拍完照片大约5分钟后,一声霹雳震天响,游客纷纷应声倒地,造成一死、一残、六伤的悲剧。

  又如1949年在日本下津,一艘油轮正在灌油。突然油轮桅杆上发出亮光,随后发生爆炸,7名船员当场伤亡,油轮也沉入大海。

  再如1967年1月27日,安置在高达60米运载火箭顶端的阿波罗登月飞船正在进行最后“彩排”,突然,一个小火花悄然而至,小火花从宇航员脚下闪过,已灌满氧气的船舱立刻大火熊熊,4名宇航员活活被烧死。

  如前所述,圣爱尔摩火是在雷雨云强电场作用下尖端放电造成的,它表示此时雷雨云与地面之间的电场已经很强,闪电即将发生,可以认为,圣爱尔摩火是雷电发生的前兆。因此,可以采取应对雷电的方法来应对圣爱尔摩火。

  在认真收听、收看天气预报的同时,还可以通过自己的感官来定性地估计圣爱尔摩火是否会出现。比如,当天空中的浓密乌云(积雨云)开始堆积变大变黑、云顶发展很快、远处有闪电时,就有可能发生圣爱尔摩火,就要想办法到安全地方躲一躲;当你感觉到自己的头发竖起或皮肤颤动时,那就是已经受到圣爱尔摩火的侵扰,要立即施以自我保护。在这种情况下,千万不要惊慌失措,一般来说,掌握两条原则:一是要远离可能招致圣爱尔摩火的物体和场所;二是要设法使自己及随身携带的物品不能成为引发圣爱尔摩火的对象,这样就可能避免遭受它的伤害。

  特别要指出的是,如果您选择在夏季外出旅游的话,就要考虑夏季雷雨天气比较多,伴随着在雷雨来临之前有可能出现圣爱尔摩火的情况。为了您旅途中的安全,首先建议您最好携带非金属的防雨用具,如塑料雨衣、木柄或塑料柄的雨伞;确定好避难场所,比如,有金属顶的各种车辆,或者很深的山洞。在旅途中当发现天空中出现浓密乌云,或者远处有闪电时,就要远离树木、电线杆等尖耸、孤立的物体,不要进入旷野中孤立的小屋内,切勿站立于山顶;在空旷的野外最好将身上金属物取下,放在几米距离之外,应立即双膝下蹲,向前弯曲,双手抱膝。

  圣爱尔摩火也有它可用之处

  同一切事物有正反两面一样,圣爱尔摩火除了那伤人的狰狞本性外,人们已经发现,它也有一些对人类有用的一面,于此,不妨列举几点。

  雷暴来临预报的一个依据如前所述,不论是列举的一些事件,还是在文人的笔下,圣爱尔摩火都是与“乌云”“雷电”联系在一起的,可见,圣爱尔摩火可以认为是雷暴来临的前兆,那么,就可以用它来作雷暴天气预报。早在18世纪,意大利人根据这种尖端放电现象就知道雷暴就要临近。他们在城堡的地上插一支矛,让一个看守人不时将戟举到矛的尖端,如果矛尖和戟之间开始出现火花跳动,看守人就鸣钟,向民众发出雷暴即将来临的警报。

  制造和安装避雷针的原理平时我们看到高大建筑物上的避雷针,就是根据这一原理来安装的。雷电的实质就是两个带电体之间强烈的放电,在放电的过程中因为有巨大的能量放出而会损坏建筑物。如果高大建筑物上安装了避雷针,那么,在雷雨天气里,高楼上空出现带电云层时,避雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷,由于避雷针是尖的,所以它聚集的电荷更多。避雷针又与这些带电云层形成了一个电容器,由于它较尖,即这个电容器的两极板正对面积很小,电容也就很小,也就是说,它所能容纳的电荷很少,而它相对于建筑物来说,又聚集了更多的电荷,所以,当云层上电荷较多时,避雷针与云层之间的空气就很容易被击穿,成为了导体。这样,带电云层与避雷针之间形成通路,而避雷针又是接地的,避雷针就把云层上的电荷导入大地,如此下来,避雷针不停地将建筑物上的电荷导入大地,使建筑物上永远达不到会遭到损坏的强烈放电所需要的电荷,从而避免了雷电对高层建筑的威胁,保证了它的安全。

  生命起源的一个可能机制像圣爱尔摩火这样的尖端放电现象,现代科学家发现它对研究生命起源具有重要价值,已经对它产生了越来越大的兴趣。这是因为人们在模拟只有氢和氦为主的原始大气的实验中,发现像尖端放电之类的弱放电,能够合成氨基酸和其他有机物。

收藏此页】 【打印【关闭】