使徒降临？ 地球上最超现实的神秘闪电现象

2025年4月，美国俄克拉荷马州（Oklahoma）上空的雷雨云层中出现了「红色精灵」，这是一种出现在高层大气的「瞬态发光事件」。Photograph by Paul Smith

（蜘蛛网eeook.com）据美国国家地理（撰文：ISABEL SWAFFORD 编译：邱彦纶）：科学家正致力于解开「红色精灵」（red sprites）、「绿色幽灵」（ green ghosts）与「蓝色喷流」（blue jets）等出现在雷雨云层上空的奇特现象之谜。

我们的大气层就像个巨大的电路系统：雷雨是为这个系统充电的电池，而闪电则是在其中流动的电流。 地面上的我们所看到的闪电劈落或云层深处发光，其实就是这个电路的运作痕迹。 不过，在云层之上还藏着一座秘密的「电气动物园」，其中栖息着「红色精灵」（sprites）、「淘气精灵」（elves）和「喷流」（jets）等奇特光影。

这些童话般的名称，其实是描述在地球高层大气中，雷雨期间短暂出现的「瞬态发光事件」（Transient Luminous Event，简称TLE）。 「瞬态发光事件是种既秘又美丽的现象，和我们熟悉的闪电截然不同，但它们在短暂的一瞬间，连结了气象、太空与电力的运作机制。 这些光影发生在云层上方的高空，几乎悄然无声，多半也难以肉眼察觉，但它们反映了雷雨云中正在发生的强大过程。」在中国科学技术大学研究瞬态发光事件的博士生黄海亮（Hailiang Huang）如此解释。

1989年，科学家首次用相机捕捉到这些现象，记录下在天空中一闪即逝的红色闪光。 这些影像后来被命名为「红色精灵」，灵感来自莎士比亚（Shakespeare）《仲夏夜之梦》（Midsummer Night's Dream）中的角色。 随着研究进展，科学家陆续发现其他类型的瞬态发光事件，并为它们取了更多童话般的名字。 直到今日，科学界仍在试图了解这些奇特的现象──它们如何形成？ 出现频率有多高？ 又能透露多少有关地球大气的秘密？

红色精灵是目前研究者与摄影师最常观测到的瞬态发光事件，这张照片摄于2024年12月的密西西比州（Mississippi）。 Photograph by Paul Smith

摄影师于2023年6月在堪萨斯州（Kansas）拍摄到红色精灵闪电，有人形容它们像是红萝卜或水母。 Photograph by Paul Smith

就像有人热衷于追逐龙卷风，也有摄影师专门追拍红色精灵与其他瞬态发光事件，搜寻那些夜间雷雨云上难得一见的绝美瞬间。

在欧洲外海与美国大平原上空都曾观测到红色精灵。 但据《大气科学进展》（Advances in Atmospheric Science）期刊的最新研究指出，2022年，天文摄影师安杰尔. 安（Angel An）与董书畅（Shuchang Dong）在南亚的一场雷雨中拍摄到105次红色精灵，创下单一雷暴中观测到最多红色精灵的纪录。

「红色精灵是最具代表性的瞬态发光事件。」这篇研究的第一作者黄海亮表示。

这些在空中瞬间闪现的红色光丝，如同细长的树根般分岔延展。 这种现象是由「正闪电」击中地面所引发，产生的电场一路向上延伸至距地表约50到90公里的大气高层。

位于喜马拉雅山脉北侧的青藏高原，雷雨活动相当频繁。 剧烈的地形起伏导致大气强烈对流，加上湿润空气翻腾上升，经常形成云层，使这里成为研究瞬态发光事件的绝佳天然实验室。 然而，直到2022年安杰尔与董书畅拍摄到的雷暴影像出现前，当地从未正式记录过任何瞬态发光事件。

黄海亮与其合作者──中国科学技术大学的大气物理学家陆高鹏（Gaopeng Lu）──共同开发出一种方法，能够将安杰尔与董书畅在青藏高原拍摄的影片与照片进行同步比对。 研究团队运用卫星数据与夜空星图，精确校对每一幅画面的时间点，最终成功将约七成的红色精灵影像，对应到触发它们的闪电事件。

对黄海亮而言，这项成果凸显了业余观测在科学研究中的价值。 「这个领域最令人兴奋之处，在于它能促成专业科学家与热情业余观察者携手合作，共同探索这些短暂却深具意义的自然现象。」

摄影师不仅捕捉到大量的红色精灵，当时这场高原上的雷雨还伴随出现了更为罕见的瞬态发光事件──「喷流」与「幽灵」。 研究团队辨识出16次「次级喷流」（secondary jets），那是向上窜射至高空、通常呈现蓝色或紫色的强烈光柱，另外还发现至少4次「幽灵」现象，这是种绿色的朦胧光晕，有时会悬浮在红色精灵的上方。

「尽管红色精灵与其他瞬态发光事件在高空中看来幽微无声，实际上它们往往与强烈、甚至具毁灭性的天气系统息息相关，」黄海亮表示：「研究这些现象，不仅能满足我们对高层大气的好奇心，也有助于我们更深入了解地球上的风暴。」

瞬态发光事件的类型会因发生高度、闪电类型，以及当地大气的化学成分而有所差异，但各种类型的具体成因至今仍未完全厘清。 自2022年起，美国航天总署（NASA）启动名为「Spritacular」（名称结合红色精灵 sprite 与壮观现象spectacular 二字）的观测计画，试图记录各种瞬态发光事件，并广泛征集来自全球数百位业余观察者的观测资料。

「我发现全球有许多民众拍摄到惊人的瞬态发光事件影像，却只零星散见于网络上，科学界多半无从得知。」这项计划的主持人、美国航天总署戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）大气物理学家布尔居. 柯萨尔（Burcu Kosar）说。 「Spritacular计画因此诞生，希望能缩短彼此之间的距离，打造全球第一个由群众共同建立的瞬态发光事件资料库，搭建起大众与科学界的桥梁。」

美国大平原与中西部地区的雷雨云上空，曾多次出现瞬态发光事件。 这张照片摄于2020年6月19日的堪萨斯州（Kansas）。 Photograph by Paul Smith

这个平台邀请全球民众上传他们拍摄到的瞬态发光事件影像，目前已从近900位来自二十多个国家的用户，搜集到超过700件投稿。 参与者也能协助分类数据库中的图像，辨识来自其他用户或国际空间站（ International Space Station）拍摄的红色精灵影像。

Spritacular计划的目标，是建立一套多样且庞大的瞬态发光事件数据库，因为过往的观测纪录大多只是零星案例。 若能累积够多的观测资料，柯萨尔与她的团队就能开始从中找出潜在的规律与趋势，并进一步研究如「幽灵」、「喷流」等更罕见的瞬态发光事件。

研究地球上的瞬态发光事件，也有助于我们探索其他行星上的大气现象。 美国航天总署的「朱诺号」（Juno）任务资料显示，木星的大气层中也可能出现红色精灵与一种称为「淘气精灵」（elves）的神秘光环。

由于瞬态发光事件本身极为短暂、难以捕捉，柯萨尔与她的合作者──匈牙利地球物理与太空科学研究所（Institute of Earth Physics and Space Science）的瞬态发光事件专家约瑟夫. 博尔（József Bór）──都认为，Spritacular计划最大的优势就在于来自社群的参与和贡献。 「我认为，正是这股社群的力量，让 Spritacular 在瞬态发光事件研究中展现出惊人的影响力。」博尔说。

这项仰赖公众参与的研究计划，也有望协助解答一个重要的科学问题：气候变迁是否会影响红色精灵等瞬态发光事件的发生频率？

「由气候变迁引起的全球升温，将影响雷暴的强度与频率，进而导致闪电活动增加，而这些都是瞬态发光事件的前兆，」柯萨尔指出：「虽然相关机制仍在研究中，但瞬态发光事件研究未来有望成为追踪大气变化的重要工具。」

中国的研究团队也正与气候科学家与太空物理学者合作，探讨气候变迁如何影响瞬态发光事件在的全球分布。 对黄海亮而言，这是个令人振奋的研究领域：「感觉就像是在探索大气层的未知前沿。 每一次观测，都像是从太空边缘捕捉到一道罕见而短暂的讯号──既令人震撼，也富含物理意义。」