书城科普自然的奥秘
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第10章 天空的奥秘(2)

而雷电球为什么会在地面放电呢?这是由于在高压下,地面和雷电电极间隙中的空气被电离,形成正、负离子,它们在强电场中会获得很大的动能,分别向两电极方向运动。因而带电离子就会沿着地层表面的空气形成放电通道,就是人们看到的雷电球“追”人事件。

行踪诡秘的球形雷

虽然球形雷比较少见,但在球形雷经常出现的地区,会有许多目击者见证这一奇特的雷电,并有不同的叙述。有的目击者看见它像火球掉地上又弹回空中消失;有少数目击者说它会随着金属物品走,例如电话线,但多数人都说它的路径飘忽不定;绝大部分目击者都说它是横向移动的。在它短短几秒的生命中,它的光度、形状和大小都保持不变。它曾在空地、封闭的房间内、甚至飞机舱内出现!

球形雷有可能激烈地爆发,也可能会安静地突然消失。它的颜色除常见的橙色和红色外,还有蓝色、亮白色,还有的镶嵌着幽绿色的光环。

天空奇观——海市蜃楼

古代的记载

人们常常把那些虚幻的东西叫作海市蜃楼,或者把一些不现实的事情称为空中楼阁。原来,海市蜃楼和空中楼阁都是一种自然现象,它既是虚幻的,又是客观事物的实际反映。

中国宋代著名科学家沈括在他的《梦溪笔谈》中对山东蓬莱的海市蜃楼作过比较生动的描述,说在海上云气中,对诸如宫殿、城墙、人物、车马等等,看得清清楚楚。1934年8月2日,在江苏南通附近的长江上空也曾出现过海市蜃楼。那天酷日当空,天气异常闷热,江滨居民都到江堤上避暑。午后忽然阴云密布,只见长江中出现了一片奇景,长约10千米,楼台城郭,树木房屋,分明可辨。半小时后,方见奇景向东移动。等到这片海市蜃楼消失之后,江上又出现三座高耸入云的大山。中间的一座形状像只巨大的香炉。1957年在广东附近的海面上竟出现过长达6小时的海市蜃楼。

国外的报道

1930年代,曾经发生过一件轰动世界的“荷兰飞船”趣事。当时有一艘轮船在大西洋上碰上一条古老的帆船,正扬帆迎面驶来。船长眼看它越来越近,立即命水手改变航向。

当这条帆船从船舷旁擦过去时,轮船上的几百名乘客才看清了这是一条古代的荷兰帆船,船上站着的尽是穿戴古代服装的人。

原来,这也是海市蜃楼与人们开的一次玩笑。

海市蜃楼的成因

海市蜃楼多出现在海洋、大湖、大江和沙漠的上空,它是一种光学现象,是光线在密度不同的空气中发生折射和全反射的结果。

夏天,在风平浪静的水面上,上层空气被太阳晒得很热,密度小,贴近水面的空气受水流影响,温度较低,密度大。当上下两层空气的温度相差较大,密度上稀下密时,周围地平线下的岛屿、城镇、船只等景物反射出来的光线,通过上下折射和全反射,便可出现一个正立的映像。

在陆地上,尤其在沙漠中,因白天受灼热的阳光照射,地面强烈增温,贴近地面的空气热得快,密度小;相反,上层的空气热得慢,密度大,当上下空气密度相差较大,呈上密下稀时,就会出现倒立的映像。

当两层密度不同的空气相平行,也可出现侧现蜃楼。很多密度不同的气层稳定而缓慢移动时,就会产生变幻多端的海市蜃楼。

蓬莱仙境

蓬莱地处山东半岛最北端,濒临渤海、黄海,北距辽东半岛66海里。东与韩国、日本隔海相望,海岸线长86千米,全市总面积1200平方千米。

蓬莱素有“仙境”之誉,它依山傍海,景色秀丽,独具虚无缥缈的“海市蜃楼”奇观,被认为是传说中的“蓬莱、瀛州、方丈”三座仙山之一。

“八仙过海”的美丽传说便源于此,因而它自古便是历代帝王寻仙访药、文人墨客走笔放歌之地。翰墨流传,为山海增色,遂使蓬莱仙境扬名天下。

有“蓬莱仙境”之称的山东蓬莱群岛,是观看海市蜃楼的好去处。其实,这里的海市蜃楼,就是附近的庙岛列岛的幻影。

1988年6月17日,山东电视台已将海市蜃楼拍摄下来,使更多的人可通过电视观看到这一奇景了。

云海光环——峨眉“佛光”

解读奇妙的佛光

“佛光”发生在白天,产生的条件是太阳光、云雾和特殊的地形。早晨太阳从东方升起,佛光在西边出现,上午“佛光”均在西方;下午,太阳移到西边,佛光则出现在东边;中午,太阳垂直照射,则没有佛光。只有当太阳、人体与云雾处在一条倾斜的直线上时,才能产生佛光。它是太阳光与云雾中的水滴经过衍射作用而产生的。如果观看处是一个孤立的制高点,那么在相同的条件下,佛光出现的次数要多些。

“佛光”由外到里,按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的次序排列,直径约2米左右。有时阳光强烈,云雾浓且弥漫较宽时,则会在小佛光外面形成一个同心大半圆佛光,直径达20~80米,虽然色彩不明显,但光环却分外显现。“佛光”中的人影,是太阳光照射人体在云层上的投影。观看“佛光”的人举手、挥手,人影也会举手、挥手,此即“云成五彩奇光,人人影在中藏”,神奇而瑰丽。

“佛光”出现时间的长短,取决于阳光是否被云雾遮盖和云雾是否稳定,如果出现浮云蔽日或云雾流走,“佛光”即会消失。一般“佛光”出现的时间为半小时至一小时。而云雾的流动,促使佛光改变位置;阳光的强弱,使“佛光”时有时无。“佛光”彩环的大小则同水滴雾珠的大小有关:水滴越小,环越大;反之,环越小。

峨眉山上的佛光

峨眉佛光,又称峨眉宝光,峨眉佛光出现在金顶处。当阳光从观察者背后照射过来至浩荡无际的云海上面时,深层的云层就把阳光反射回来,经浅层云层的云滴或雾粒的衍射分化,形成了一个巨大的彩色光环。在金顶舍身岩上俯身下望,会看到五彩光环浮于云际,自己的身影置于光环之中,影随人移,决不分离。无论多少人,人们所见的也终是自己的身影,且“光环随人动,人影在环中”,这便是令人惊奇的峨眉佛光。

峨嵋山舍身岩就是一个得天独厚的观赏场所。19世纪初,科学界便把这种难得的自然现象命名为“峨嵋宝光”。在金顶的舍身岩前,这种自然现象并非十分难得,据统计,平均每五天左右就有可能出现一次便于观赏佛光的天气条件,其时间一般在午后三时至四时之间。

佛光中诞生的敦煌艺术

佛家认为,只有与佛有缘的人,才能看到佛光,因为佛光是从佛的眉宇间放射出的救世之光、吉祥之光。

传说1600多年前,敦煌莫高窟建窟前曾闪现“金光”和“千佛”的奇异景象。信徒们认为,“金光”和“佛光”的出现,是“佛祖显灵”。

公元366年的一天傍晚,在中国西北部的甘肃省敦煌市附近的一座沙山上,“佛光”的一次偶尔呈现被一个叫乐僔的和尚无意中看到了。看到“佛光”的乐僔当即跪下,并朗声发愿要把他见到“佛光”的地方变成一个令人崇敬的圣洁宝地。

受这一理念的感召,经过工匠们千余年断断续续的构筑,终于成就了人们今天看到的这座举世闻名的文化艺术瑰宝——敦煌莫高窟。

天空的三个太阳

神奇的三日同辉

“三日同辉”,又叫“假日”或“虚像”,它是太阳在大气中玩的“把戏”。

形成此种天象的主要原因是:在傍晚半透明薄云当中,竖直排列着许许多多六角形的柱状晶体,当太阳光照射在一根根晶体上,发生很有规则的折射后形成的虚像。

国外的三日同辉记载

1551年4月,被敌人围困的马德堡城上空,出现了三个太阳。城内的人非常恐慌,以为世界末日即将来临。出乎意料的是敌军马上撤退了。

原来,敌军久攻不下,又见三日凌空,以为是上帝不让攻打此城。这一奇景挽救了全城人的性命。

这种三个太阳同时出现的现象叫假日。由子这种现象比较罕见,加上古代科学不发达,人们往往把它看成是灾祸的预兆。

其实,这是一种光学现象,是特殊的日晕。在南北极地区,寒冷而又洁净的天空里,往往可以出现一串假日排列在太阳周围的日晕弧线上,极为壮观。

1948年春天,在乌克兰的波尔塔瓦城,天空中布满了淡淡的白云。

大概在中午11点左右,太阳左右两旁又各出现了一个明亮的太阳,与此同时,出现了水平的光环,随后便逐渐汇成了一条长长的带子状。紧接着,又出现一个新的五彩斑斓的光环,围绕着太阳,同水平光环和两个太阳相交。

中国的多日同辉记载

在中国的很多地方,也曾发生过多日同辉现象。1987年,在泰山上还发生过二日凌空的奇景。不过三日凌空现象较为常见,二日凌空却很少看到。

三日同辉曾在黑龙江的哈尔滨、大庆等地多次出现。

如2006年3月3日一早,大庆市的天空中就曾出现过“四日同辉”的现象,大太阳周围的光环上,有3个像小太阳一般的明亮的光点。

此后的2009年12月27日及2010年2月27日,大庆市均出现过“三日同辉”,其间新疆、陕西等地也被发现类似现象。

假日的成因

假日是怎样形成的呢?

原来,高空中垂直悬浮着许多细小的正六角形冰柱,光线从冰柱的一个侧面射入,又从另外两个侧面射出,产生了反射和折射,就产生了三个太阳。而水平光环是由正六角形冰柱的晶体侧面反射出来的阳光形成的。

许许多多的冰柱,把太阳光线反射出来,投射到人眼之中,就成了同地平线平行的完整的光环。

由于六角形冰柱像三棱镜一样,光线通过它折射之后会形成彩色的光环,而反射时会形成白色光环。三日凌空的的现象就是这样形成的。

美丽的七彩虹

彩虹的色彩

彩虹色彩一般为七彩色,从外至内分别为:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。在中国,也常有“赤橙黄绿青蓝紫”的说法。毛泽东曾于1933年夏所作《菩萨蛮·大柏地》一词描绘了彩虹的色彩:“赤橙黄绿青蓝紫,谁持彩练当空舞。雨后复斜阳,关山阵阵苍……”

双彩虹

很多时候会见到两条彩虹同时出现,在平常的彩虹外边出现同心,较暗的是副虹(又称霓)。副虹是阳光在水滴中经两次反射而成。当阳光经过水滴时,它会被折射、反射后再折射出来。在水滴内经过一次反射的光线,便形成我们常见的彩虹(主虹)。若光线在水滴内进行了两次反射,便会产生第二道彩虹(霓)。

霓的颜色排列次序跟主虹是相反的。由于每次反射均会损失一些光能量,因此霓的光亮度亦较弱。两次反射最强烈的反射角出现在50~53度,所以副虹位置在主虹之外。因为有两次的反射,副虹的颜色次序跟主虹反转,外侧为蓝色,内侧为红色。副虹一定随着主虹存在,只是因为它的光线强度较低,所以有时不被肉眼察觉而已。

七色光原因

彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴,造成光的色散及反射而成的。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射,在水滴内也是以不同的角度反射。当中以40~42度的反射最为强烈,形成我们所见到的彩虹。

其实只要空气中有水滴,而阳光正在观察者的背后以低角度照射,便可能产生可以观察到的彩虹现象。彩虹最常在下午,雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴,天空的一边因为仍有雨云而较暗。而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光,这样彩虹便会较容易被看到。

虹的出现与当时天气变化相联系,一般我们从虹出现在天空中的位置可以推测当时将出现晴天或雨天。东方出现虹时,本地是不大容易下雨的,而西方出现虹时,本地下雨的可能性却很大。

彩虹的明显程度,取决于空气中小水滴的大小,小水滴体积越大,形成的彩虹越鲜亮,小水滴体积越小,形成的彩虹就不明显。一般冬天的气温较低,在空中不容易存在小水滴,下雨的机会也少,所以冬天一般不会有彩虹出现。

弯曲原因

事实上如果条件合适的话,可以看到整圈圆形的彩虹(例如峨眉山的佛光)。形成这种反射时,阳光进入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,随后离开水滴时再折射一次,最后射向我们的眼睛。

光穿越水滴时弯曲的程度,视光的波长(即颜色)而定,红色光的弯曲度最大,橙色光与黄色光次之,依此类推。弯曲最少的是紫色光。

因为水对光有色散的作用,不同波长的光的折射率有所不同,蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射,所以观察者看见的光谱是倒过来,红光在最上方,其他颜色在下。

每种颜色各有特定的弯曲角度,阳光中的红色光,折射的角度是42度,蓝色光的折射角度只有40度,所以每种颜色在天空中出现的位置都不同。

若用一条假想线,连接后脑勺和太阳,那么与这条线呈42度夹角的地方,就是红色所在的位置。这些不同的位置勾勒出一个弧。既然蓝色与假想线只呈40度夹角,所以彩虹上的蓝弧总是在红色的下面。

美丽的流星雨

天外来的“不速之客”

流星是从哪儿来?太阳系内除了太阳、八大行星及其卫星、小行星、彗星外,在行星际空间还存在着大量的尘埃微粒和微小的固体块,它们也绕着太阳运动。在接近地球时由于地球引力的作用,它们的轨道会发生改变,这样就有可能穿过地球大气层,与大气分子发生剧烈摩擦而燃烧发光,在夜间天空中表现为一条光迹,这种现象就叫流星。若它们在大气中未燃烧尽,落到地面后就称为“陨星”或“陨石”。陨石是太阳系中较大的流星体闯入地球大气后未完全燃烧尽的剩余部分,它给我们带来丰富的太阳系天体形成演化的信息,是受人欢迎的“不速之客”。

流星是常见的自然现象

流星是最常见的自然现象。流星分为单个流星、火流星、流星雨几种。单个流星的出现时间和方向没有什么规律,又叫偶发流星。火流星也属偶发流星,只是它出现时非常明亮,像一条拖着长长尾巴的火龙,有时还伴着隆隆的雷鸣声,有的火流星甚至在白天也见得到。火流星的出现是因为它的流星体质量较大,进入地球大气后来不及在高空燃尽而继续闯入稠密的低层大气,以极高的速度和地球大气剧烈摩擦,产生出耀眼的光亮。火流星消失后,在它穿过的路径上,会留下云雾状的长带,称为“流星余迹”;有些余迹消失得很快,有的则可存在几秒钟到几分钟,甚至长达几十分钟。

美丽壮观的流星雨