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破解世纪之谜: 球状闪电研究取得原创性突破

编辑:phyqianyg 时间:2016年06月23日 访问次数:4738

球状闪电是雷雨天出现的一个火球,最神秘的自然现象之一, 是科学界公认的一个未解物理难题. 其早期记录可追溯到古希腊亚里士多德的著作和北宋沈括的《梦溪笔谈》. 自18世纪以来,球闪得到马森布罗克(Musschenbrock), 阿拉戈(Arago), 法拉第(Faraday), 洛奇(Lodge), 特斯拉(Tesla), 玻尔(Bohr), 卡皮查(Kapitza), 韦斯科夫(Weisskopf), 金兹堡(Ginzburg)等著名科学家的关注和研究.上世纪60年代末, 科学界已普遍接受球闪是一个真实存在的物理现象.迄今为止, 球闪的学术论文已有2000多篇.人们从近万份目击报告中总结出了球闪的主要特征, 并提出了数十个理论模型, 但没有一个能成功解释其特征并得到广泛认同. 总之, 球闪是什么以及其产生机制这两个根本性问题都没有得到解决.
 
近日, 浙江大学聚变理论与模拟中心和物理系的武慧春教授提出了一个球状闪电的完整理论: 基于近十年观测到的闪电高能辐射现象,该理论认为云对地闪电产生了一个相对论电子脉冲; 当电子脉冲打击地面或穿透介质时, 辐射出超高强度的微波; 该微波击穿空气, 其强大的辐射压进而排空产生的等离子体, 最终形成一个俘获微波的球状等离子体空腔, 此即为球状闪电. 该理论高度自洽,得到了相对论电磁等离子体模拟的定量验证, 并能合理地解释几乎所有的球闪特征.
 
该工作的价值和意义: 1.首次揭示球状闪电的本质, 成功解释其绝大部分特征, 为人造球闪和人工触发球闪奠定理论基础, 将球闪的科学研究带入正轨. 2.本世纪末闪电频率将增加50%, 而球闪对应一种极端的闪电高能现象, 是临近人类的最强电磁辐射事件, 揭示这一点对闪电防护和航空安全具有重要意义. 3.球闪是一个相对论微波现象, 功率远超人造微波, 相关研究将开启一门新领域: 相对论微波物理. 4.将对闪电物理, 大气电学, 高电压技术, 高功率微波, 高功率电子加速器, 可控核聚变等学科产生广泛的影响. 5.相关研究对国家安全具有重要意义.
 
该工作得到青年千人计划的支持.
 
H.-C. Wu, Relativistic-microwave theory of ball lightning.Scientific Reports  6, 28263 (2016).