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奇异多采的等离子体现象
2012-10-04| 作者: | 点击:次 |

  在地球上我们通过人工的办法可以产生一些电高度不高的“低温”等离子体。在大气层中也存在一些奇异多采的等离子体现象,其中像球状闪电、极光等奇特景象。

  瑰丽的极光

  极光是大自然的一种美丽的奇景。它似五颜六色的光流,又似一条发光的银河。有时它像红色的绒幕飘忽于蓝天,有时又像发光的蛇一样游动于高空;有时像熊熊大火照亮了天际,有时又像几根巨大的光柱恳在空中。色彩绚丽,姿态万千,使人如临仙境。这种奇景只有在靠近南北两极的天空中出现,因而称为极光。著名的北极旅行家乌沙柯夫在描述他在北极旅行时所看到的极光情形时这样写道:“要计算我们看到了多少次极光是不明确的。通常在同一天内,甚至在问—瞬间,天空中突然迸发出许多个形状不同,颜色不同,高度不同的极光……发出奇异光久的极光在天空迸发着,非常引人注目。”

   

  然而对于这种仙境,除了旅行家之外,能经常观赏的人是不多的。我们把一年内能看到极光的平均次数相等的地方用一条线连起来,称它为极光等频线,北半球等频线的最大值为243,这条线通过美国阿拉斯加北部,加拿大北部、挪威北部、冰岛南部,新地岛南部等地。经过列宁格勒的极光等频线值为5,即一年中有五次看到极光的机会。经过我国黑龙江省北部的极光等频线值为l,而黑龙江南部,吉林北部、新疆等地十多年中才有一次机会看到极光。我国的中部和南部地区几乎没有机会看到。不过也有例外。1872年2月14日出现的一次核光,纬度只有三十多度的我国湖北光化县都观察到了,并作了详细记载。更为稀罕的是,1909年1月25日出现的极光甚至连赤道附近的人都看到了。

   

  那么极光这种雄伟壮丽的自然现象是怎样形成的呢?尽管自古以来人们就注意到这种现象,然而并不能解释它。信仰宗教的人认为极光这种“天象”是某种灾难的预兆。

  最早对极光给予科学解释的是罗蒙诺索夫。他在1753年《谈谈由于电力而产生的空气现象》一文中指出,极光是由于电的作用而产生的。现代的科学理论认为,极光的形成跟太阳活动、地球磁场以及高空大气都有密切关系。太阳内部由于极高的温度和极大的压力,不断进行聚变核反应,释放出大量的辐射能,同时还不断地放射出大量的带电粒子涌向茫茫宇宙空间。这些带电粒子以每秒400一700公里的速度飞进地球大气层时跟气体分子或原子碰撞,使气体激发和电离,形成稀薄的等离子体,并放出光辉。那么,为什么只能在地球两极附近看到呢?这是因为地球本身是一块巨大的磁体,它的磁力线出现于地球两极附近。由于地磁场的影响,从太阳上飞来的带电粒子不能直线运动,只能绕着磁力线打转,沿着弯曲的磁力线螺旋式地运动到地球南北两极附近的高空。极光一般出现在离地面100一400公里的高空。当然也有例外。1932年8月9日在挪威看见了一次圆弧状亮而红的极光,离地面只有60公里。个别场合偶尔也能看到1000公里以上出现的亮而清晰的紫色极光。

  壮观的闪电

  夏日炎炎,骄阳似火,空气又闷又热。刹时间乌云密布,狂风四起,电光闪闪,雷声隆隆,滂沱大雨倾盆而下。   

  关于雷电的成因早在二百年前就有人探索过。有人在雷雨时把风筝放到天空,从风筝上引下一很很细的铜丝。当风筝钻入云里之后不久,在铜丝末端就出现了电火花。说明闪电是大气中的一种放电现象。闪电的物理过程是这样的:在云的不同部位聚集了两种极性不同的电荷,在云的内部和云与地面之间形成了很强的电场,可达每厘米几千伏甚至一万伏。如此强的电场足以使云内外的大气发生击穿电离。形成一条狭窄的放电通道。通道内电流高达几万甚至几十万安培,温度高达二万度以上,空气被电离形成等离子体,并发出耀眼的亮光,这就是闪电。最常见的闪电形式是线状闪电,其形状犹如倒悬空中的纵横树枝,又像是地图上一条支流茂密的河流。

  另有一种奇异的闪电形式就是球状闪电,它一班出现在强雷雨的恶劣天气里。线状闪电后天空突然出现一个火球,大的直径有几米,小的只有二三十厘米。火球有时呈粉红色,有时发出白光。有时在空中上下游荡,有时随风慢慢飘动。有时球状闪电落到物体上喷射出火花,烧毁物体。碰到人畜,将其表皮灼伤,甚至造成死亡。更为有理的是,球状闪电有个怪脾气,它“喜欢”钻洞,往往从烟囱、窗户、门缝进入屋内,在屋里转一圈又溜出去了。这种球状闪电虽然极为罕见,可是很早以前就有入对它作了仔细的观察并作了详细记载。北宋时期的科学家沈括在《梦溪笔谈》中曾记载了一次球状闪电的详情;“内侍李舜举家曾为雷暴所震。其堂之西室,雷火自窗间出,赫然出檐。人以为堂屋已焚,皆出避之。及雷止,其舍宛然,墙壁窗纸皆黔。有一木格,其中杂贮诸器,其漆器银扣者,银悉焙流在地,涪器曾不焦灼。有一宝刀,极坚钢,就刀室中用为汁,而亦俨然”。

  1962年7月22日傍晚,泰山玉皇顶上也曾发生过一次球状闪电。据目击者记载,那天傍晚,电闪雷鸣,突然有一个直径约15厘米的殷红色火球,从窗缝潜入室内,窗户的木条均被撕裂。火球以每秒二、三米的速度在室内轻盈地游荡。从床单上面碾过,留下一道熔焦的痕迹。大约3—4秒钟之后,又从烟囱中迸出。即将离开烟囱之际,发出一声爆炸声,火球随即消失。烟囱被炸掉—角,室内暖水瓶胆亦被震为碎片。

  绚丽多彩的霓虹灯

  当夜幕降临的时候,人们就会被街头绚丽多彩的霓虹灯所吸引。你看,在高楼大厦的上面,在大商店的橱窗里,在影剧院、音乐厅的前面,一幅幅精心设计的霓虹灯图案发出鲜艳的奇光异彩,时隐时现,时断时续,交相辉映,产生迷人的效果。霓虹灯为什么会发出如此绚丽的光彩,它跟普通的电灯有什么区别呢?

  其实,霓虹灯就是运用人工方法产生低温等离子体的最简单仪器。将玻璃管弯成一定形状,抽掉管内的空气,再充入少量的特殊气体,然后在玻璃管两端封上电极,接上一万伏左右的电压(电流极小)。管内气体在很强的电场下产生电离,形成等离子体,当然电离度也只有0.01%左右;在这过程中发出光来。这个过程叫辉光放电。不同的气体发出不同颜色的光。根据图案设计的要求,在管内充入不同气体。如果需要鲜艳的红色,那就充入氖气;需要悦目的绿色,就充入水银蒸汽;需要迷人的紫色,就充入氩气;需要艳丽的黄色,就充入火氦气;如果充入氢气,那么就会发出暗红色光。经过设计师的精心构思,巧妙安排,就能组合成一幅幅美妙别致的图案。然后再制作一个特殊的控制线路,那么具有不同形状充入不同气体的玻璃管就会按照预定程序分别产生辉光放电,发出各种颜色,形成一幅美丽的图案,加上开关的自动控制作用,更增加了光怪陆离的迷人效果。

   

 
 

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