六十五、有趣的自然光

作者:蔡振兴    更新时间:2014-01-22 16:03:51

日、月、星、火之光原是引起视觉的一种电磁波,爱因斯坦于1905年揭示了光的“波、粒二象本质”,人类终于首肯了光电效应的物质性。现在,科学家们对自然界里不少变幻莫测的奇伟之光正在寻找科学的解释。

1976年著名的唐山大地震发生时,田野里射出可怕的闪电状的地震光,时人认为,那是大地开裂时泄漏的地心之火。美国地质学家詹姆斯·拜勒著文否定这种说法,他通过模拟实验推导,地震光是地下岩石错动摩擦的电荷,通过裂隙射出地面,形成强电场,并进行强烈的“冠状放电”,光效应特强,光象骇异。

北极光呈带状、弧状、幕状、放射状,这是由太阳发出的高速带电粒子击发高层空气分子所产生的空气电化现象,它气势宏大壮观、持续时间较久。

闪电是大自然中常见的一种奇伟之光,那是带电云中正、负电结合时产生的猛烈放电现象,闪电的瞬间温度高达摄氏28000度,相当于太阳表面温度的四倍多,一个常规闪电的能量与光度相当于十个普通的原子弹。闪电有树杈形,还有球闪,那是一种闪射着电弧亮光的球形火团,随地滚转。更奇的是1916年5月8日德国德累斯顿市上空的联珠闪,由三十二颗球闪组成,串成一条巨大的项链,悬垂天际,光芒四射,成了千载难遇的旷世奇观。

自然界里的生物冷光更是琳琅满目,萤火虫、密环菌、凿石蚧、火甲萤、夜光藻等都会发出形形色色的光。1898年,美国军医哥加斯在夜间,用117只扁甲萤照亮伤兵,进行外科手术。2000粒夜光藻聚集在一起,即能在水面上显示荧光波。1900年,法国博览会的“光学之宫”里,法国杜布依斯教授用从乌贼身上提出的发光细菌进行照明,竟使整个展览大厅熠熠生辉。


海发光

祖国东陲舟山群岛中有一个鲨鱼礁,上面有一座观察哨所,值班的战士们有时在月黑夜里看到一种奇妙的景观:黑沉沉的海面上突然闪现出明亮的光点,好像公映着满天璀璨的星光,又似一条被岛屿击碎的火龙,溅散金甲银鳞的碎屑。那碎屑在浪峰波谷间颠簸,如无数的萤火虫在穿梭飞翔;又如无数的夜明珠在沉浮闪烁,一溜溜、一簇簇、一片片,光型奇特,光彩瑰丽。

这种夜海发光的现象被当地渔民称为“海火”、“火星潮”、“夜光虫”、“海发光”。在古代,这种景观被说成是“龙宫宴会”、“龙王示警”,产生出许多神话故事。当代海洋生物学研究表明,海发光是大海里一种叫做“鞭毛藻”的微生物玩的把戏。这种光象并不是每晚都能出现,它需要一定的条件,而且是一个复杂的生物化学反应过程——鞭毛藻内的荧光素和荧光素酶必须和氧发生反应才能生光。要产生肉眼能见的光,需要大量个体的紧密集合,即五亿亿个鞭毛藻集合在一起,才能产生一百瓦白炽灯泡的亮度。

在南美洲大巴哈马岛上有个神秘的“火湖”,夜晚,人们泛舟湖上,船桨会溅起万点星火。船在火花波动的湖面滑行,犹如在缀满宝石的地毯上游动。鱼儿出水也披金戴银,尤其是水凫飞起来,满身“珠光宝气”,像一只火凤凰飞上天空,奇趣盎然,蔚成壮观。这种光象是一种叫甲藻玩的把戏。

在人类没有弄清海洋生物发光的机理之前,海发光是一种令人恐怖的光象。一百多年前,荷兰的一支殖民军队驻在西太平洋巴布亚岛上,值夜的哨兵看到发光的海浪涌到沙滩上,并且每走一步,人的脚印里都闪出亮光,他吓得丧魂落魄、狼狈逃遁,大喊:“鬼火!鬼火!”无独有偶,那个时代的俄国渔民在黑天鹅岛上,夜间看见从海上飞起来的天鹅带着火光,好像在燃烧。渔民们以为遇到了神仙,跪倒在地,祈祷不止。这些其实都是海洋里发光微生物造成的光象。


神秘的球状闪电

1973年夏季的一个下午,浓云密布,狂风骤起。随着震耳的雷声,大雨点子猛烈地向河南省一个小山村摔下来。突然,一个碗口大的殷红色火球从天而降,村东头,一棵合抱粗的钻天杨被拦腰撞断。接着,那火球又破墙而入,钻进牲口房,随着沉闷的一声爆炸,一头黑驴当场毙命。

七年以后,1980年5月14日下午,还是在同一个村子里,一个核桃大的火团钻进大队电工房炸裂,墙被烧黑;与此同时,社员张某家的南屋房墙被一个火球击穿。火球从门顶上钻入后,在屋里轻盈地回荡一周,然后从房檐下钻洞逸出,不见踪影了。

这火球就是罕见的球状闪电。1837年才有了第一份关于球状闪电的科学记载。1852年有一位外国裁缝遇到了球状闪电,他住在格瑞斯教堂附近的一座房子里,在一个强烈的闪电之后,房子里出现了一个小猫那样大小的火球,它在地上滚动,像顽皮的小猫那样滚到他的脚边,他小心地缩回了脚,并弯下腰仔细观察它。后来,火球上升到他的头部那样高,裁缝又重新坐直,以免火球碰到他的脸。当火球升到1米多高时稍微拉长了一些,并继续上升直奔墙上的烟囱口,钻了进去,接着发生了可怕的爆炸,使一部分烟囱炸坏了。

球状闪电引起了科学家的关注,有的人还为火球拍下了照片。人们发现,火球直径大多是10—20厘米,但也有小于1厘米,大至10米的。颜色各种各样,最常见的是红、橙、黄三种。存在的时间常常小于5秒,也有时间较长的。

1965年夏天,苏联大气物理学家德米特列耶夫在奥涅加湖畔用烧瓶取到了球状闪电飞驰过地方的空气。经化验,发现那空气样品中含有大量的臭氧和二氧化氮。对烟雾、臭氧气味的测试结果表明,火球曾发生过某种化学反应。

关于球状闪电的成因,人们提出了许多猜想,但是,至今还没有一种完善的解释。相信球状闪电之谜最终是能解开的。


奇妙的冷光

生物靠荧光酶素和含磷物质发出的光统称之为冷光。冷光的温度很低,只有摄氏四十万分之一度。

大自然中的冷光到处都有,萤火虫靠呼吸氧气来催化荧光酶素,从而发出冷光,37只火甲萤可发出一支烛光,晋代车胤靠100只萤火虫的光读书,美国哥加斯医生靠120只扁甲萤完成战地外科手术。非洲基尔森林里的荧光鸟背羽几丁质化,能发出荧光、光度相当于2瓦电灯泡,当地土著捉住它当手电筒使用。非洲原始森林里有两种蚯蚓会发光,夜间爬出地面,犹如天上落下的星星。法国科学家杜波依斯从腐败的乌贼身上提取发光细菌,放在容积25公升的玻璃器皿里进行高密度繁殖,竟照亮了法国巴黎国际博览会的“光学之宫”。海底下至少有13种海洋动物(包括夜光螺在内)能发光,照亮了亘古墨黑的海底世界。

不少植物也能发出亮光,非洲热带丛林里有一种发光蘑菇,从种子落地到长成只要8个小时,比雨后春笋还要长得快,长成后竟如一把小型火伞,荧荧闪光,然后“啪”一声爆裂,火星四溅,这是散布种子的一种方式。探险家们最近在中美洲的热带丛林里发现一种发光树,树皮含磷度高,夜间闪烁淡蓝色的光,夜间在树下可读书,印第安土著称之为“魔鬼树”。苏联乌库莱纳森林里有一片长达11里的发光林,一到晚上,这片森林荧光闪闪,使白天栖息在此的鸟兽昆虫以为森林起火,吓得纷纷逃跑。


刊于1987.7.8广东《汕头日报》


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