【48】大气 |-圣艾尔摩之火真的是神灵的化身吗？

在古代，水手们经常能在雷电交加的大风雨中看见一种奇特的自然现象：帆船的桅杆尖端出现蓝白色的火焰，可是这火焰又不会真的烧坏掉桅杆。这种神奇的现象从很久以前就为古人所知。在古希腊，人们将这种桅杆顶冒火的现象称之为“海伦之火”，如果在两根桅杆顶上出现成对跳跃的火焰，则被称为“卡斯托和波拉克斯”，他们是希腊传说中的一对双胞胎英雄，据说在乘船出海冒险的时候，这两兄弟一直趴在桅杆上瞭望观察，守护了整船的船员。古希腊的船员们相信出现在桅杆上的火焰正是卡斯托兄弟的化身，会守护风雨中船只的平安。罗马时代，在罗马领袖凯撒的著作《阿非利加远征记》和普林尼的著作《自然史》里也记载了这种气象奇观，当时的人们也把它当作好运的预兆。那么，这种神奇的火焰究竟是什么呢？今天科学队长就来带你认识一下。

帆船桅杆上的“圣艾尔摩之火”。

图片来源：Wikipedia Commons，Public Domain

雷雨天气里，大海中航行的船只的桅杆顶端，可能会出现蓝白色的光辉，海员们称这种神奇的现象为“圣艾尔摩之火”。

圣艾尔摩。

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在中世纪的欧洲各国，人们将公元三世纪的圣人艾尔摩作为海员航海的保护神。当雷雨天气里桅杆顶上出现蓝白色的光辉的时候，他们会认为这是圣人艾尔摩的化身，他正在用神力保佑船只穿过风雨。

本杰明·富兰克林。

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一直到18世纪，以研究电学闻名的美国科学家本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin，1706-1790）才第一次提出，圣艾尔摩之火的真实身份不是火焰，而是一种放电的现象。

建筑上的避雷针。

图片来源：Etan Tal - Wikipedia Commons，CC BY 3.0

富兰克林猜测避雷针尖端也会在雷雨天气里发出光芒，与圣艾尔摩之火类似。

海上的雷电。

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闪电是雷雨天云彩产生的巨大放电现象。

帆船的桅杆。

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在雷雨环境下，尖尖的桅杆顶部周围，就有可能出现非常大的电压。一般情况下，因为空气是绝缘的，所以并不会导电。但如果电压过大，空气就会被击穿，也会像电线那样导电。这个数值在物理学上有个专业术语，叫做介电质击穿值。空气的这个数值大约是每米300万伏特，凡是空气中两点之间的电压超过了这个数值，就会发生空气导电的现象。

白炽灯。

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物体在导电的同时，还会有一部分能量转化为光能和热能，就像我们平时看到的白炽灯泡和电热炉子，就是导电时还发出了光能和热能。

LED灯。

图片来源：Pixabay，Public Domain

圣艾尔摩之火的光更加神奇，当空气导电后，同时还会产生另外一种现象，当电流通过空气的时候，由于电流中的带电粒子的撞击，可以使部分空气形成等离子体，同时发出强光。这个原理也就是我们家里常常使用的LED灯泡的原理，在物理学上一般被称为电激发光。不过呢，LED灯泡使用的材料，只需要通过很小的电流就能发出光芒，但是空气则需要相当强大的电流通过，才会形成等离子体并发出蓝白光。

查尔斯·达尔文。

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进化论的创立者查尔斯·达尔文（Charles Darwin，1809-1882），在乘坐小猎犬号帆船进行那次著名的全球考察途中，也曾经看到过圣艾尔摩之火的现象，在他寄给友人的信中曾经写到，当帆船停泊在南美洲的拉普拉塔河口时，“每样东西都像是着了火一样，天空闪亮，水里有光，甚至连桅杆顶都像着了火一样。”

英国航空9号班机。

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不过，圣艾尔摩之火也并不是像想象的那样总会保证我们的旅途平安。现代航空交通运输，就将圣艾尔摩之火看作是一种危险的气象预兆，因为它的出现证明飞机已经进入了雷暴区，有被雷击的危险。1982年英国航空009号班机，在爪哇岛以南发现了机头出现的圣艾尔摩之火现象，好在经验丰富的机长马上下令做好应急措施。果然随后飞机的四个发动机陆续停止工作，飞机无动力滑行了很长一段时间，险些酿成机毁人亡的惨剧。

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