最近网友拍摄的一段球状闪电的视频重新引起了人们对这种地球上最神秘的物理现象的兴趣。

网友拍摄到的球状闪电

其实这种物理现象很早就有人记录，其中最早的记录是中国宋朝科学家沈括在他的名著《梦溪笔谈》中记录了球状闪电融化金属的例子，国外最早关于球状闪电的记录则在沈括的500多年以后。

什么是球状闪电？

顾名思义，球状闪电就是圆球形状的闪电，这个名字的由来是因为这种现象通常都在闪电后出现，并且这种球状物质发光有时跟闪电的光一样，所以就被叫着“球状闪电”，这是一个很容易让人误解的名字。

1960 by I. Shagin

球状闪电的大小一般在几厘米到几十厘米之间，最大的也有几十米的；颜色也有黄色、白色、蓝色，甚至还有黑色的，不过这些研究大多数都是根据目击者的描述来总结的，所以不一定准确，最早拍摄到球状闪电视频的是几位中国科学家，他们之所以能够拍到这种奇特的现象也是一个意外。

中国科学家拍摄到的球状闪电

2012年，西北师范大学的几位科学家在青海拍摄闪电光谱，他们用的设备是两台无缝分光相相机和一台运动相机，因为他们的目标是拍摄闪电的光谱，所以他们的设备远比一般的相机高级，这也使得他们不仅能够拍摄到球状闪电的视频，还能拍摄到球状闪电的光谱，光谱可以用来分析球状闪电中的发光物质。

中国科学家拍摄到球状闪电的具体位置

根据他们这次拍摄到的结果，这几位科学家2014年在物理顶级杂志PRL上发表了一篇论文（这篇论文应该是西北师范大学在PRL上发表的最出名的论文了），专门解释他们观测到的结果，并且根据他们光谱分析，证明了球状闪电中发光的成分主要是泥土中的硅、铁、钙离子。

球状闪电的研究历史

虽然最早关于球状闪电的记录在中国，但是球状闪电的研究主要集中在西方，还专门成立了国际球状闪电协会，每两年举办一次会议用来交流球状闪电研究进展。

根据Web of Science数据库统计，关于球状闪电的论文一共有2400多篇，在2014-2020这几年间，每一年都有一百多篇关于球状闪电的论文发表，2021前9个月都有一百多篇关于球状闪电的论文发表，随着研究的深入，人们对于球状闪电的发生机理也认识的越来越清楚，有几个实验室甚至可以在实验室内自己制造出球状闪电。

关于球状闪电的解释有很多，但是可以归为两类：一类是内部能量解释，即球状闪电是由于内部的能量发光形成的，主要模型是闪电击中地表，形成等离子后发光；另一类是外部能量解释，即球状闪电的能量是由外部提供的，主要模型是超强的电磁场可以为球状闪电提供能量。

这两种模型各有优势，目前依然没有结论到底哪一种模型更能解释球状闪电的起因，下面我将主要介绍第一类解释中的一个物理模型，因为是这种模型更简单和更直观，根据奥卡姆剃刀原理，越简单的理论往往越容易是正确的。

俄罗斯科学家实验室制作出了不同颜色的球状闪电

根据内部能量理论解释，要想制造球状闪电，最关键的就是要制作一种叫做“水化等离子体”的物质，这个概念听起来难以理解，简单来说就是要模拟雷雨天气后湿润的空气，然后再往里加入各种离子，下面的实验装置图就是Egorov等人在2002年和2004年发表的文章中介绍的他们产生球状闪电的实验装置。

在实验的过程中，通过改变等离子的成分，他们观测到了白色、红色、黄色等不同颜色的球状闪电。

小结：球状闪电不是闪电

虽然球状闪电的起源和物理解释目前仍然不统一，但是有一个结论是确定的——球状闪电不是闪电，而是一种带电的发光体。原因如下：

（1）光谱不同。根据中国科学家2014年在PRL发表的论文可以看出，闪电的光谱主要是氮和氧，这是由于闪电在从云层通向地面的时候将空气中的氮气和氧气电离形成的；而球形闪电的光谱主要是硅、铁、钙，当然也有一部分氧和氮，闪电和球状闪电的核心发光物质是不同的，这也是我们从来没有见过绿色或者黑色的闪电的原因。

（2）内部温度不同。闪电的内部温度在1.5-3万摄氏度之间，而球状闪电通常被认为是常温。

（3）传播速度不同。闪电的速度可以达到几十公里每秒，球状闪电一般是几米每秒，比人跑步的速度要慢，所以看到球状闪电往自己这个方向过来赶紧跑还是来得及的，但是如果闪电往自己这个方向来只能自求多福了。

（4）形成机理不同。闪电的路径是由于云层和大地之间的高压，再加上空气中的水分，使得原来是绝缘体的空气变成了导体，是一种电的传导作用；目前关于球状闪电的形成机理还不统一，但可以确定的是跟闪电的形成机理不是一回事。

综上，虽然球状闪电一般都发生在闪电之后，但是球状闪电不是闪电。