圣埃尔莫的火是什么？

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晚上看到圣埃尔莫的火。（图片版权Getty）

圣埃尔莫之火是一种持续的蓝色辉光，在暴风雨期间偶尔出现在尖尖物体附近。这个名字有点用词不当，因为电现象与闪电或北极光比与火焰更为相似。

的海洋和天空的船长最了解圣埃尔莫的火，因为长久以来，人们都看到了依附在船桅和飞机机翼上的空灵之光。水手们已经注意到这一现象数千年了，但直到上个半世纪，科学家才对物质结构有足够的了解，从而理解为什么会发生这种现象。点燃神秘之火的不是神或圣人，而是物质的五种状态之一：等离子体。

关于船上的蓝色灯光隐约闪烁的报道可以追溯到远古时代，当时希腊人和罗马人将这一景象解释为来自半神双胞胎卡斯特和波卢斯的探访。这对双胞胎被认为是那些处于危险中的人的救世主，它的出现对水手们来说将是一个充满希望的迹象。

这一现象后来从圣伊拉斯谟（St.Era ... us）或简称圣埃尔莫（St.Elmo）那里得到了现代的名字，后者生活在三世纪。据报道，圣艾尔莫因被剖腹 ... 身亡后，他以水手和肠危难的守护神而声名鹊起。水手们在危难时刻向他祈祷，并继续把圣埃尔莫的火光解读为一个好兆头，圣埃尔莫的火光在他们的船尖上起舞和嘶嘶作响。

圣埃尔莫的火是什么引起的？

只有在1879年英国化学家和物理学家威廉·克鲁克斯（William crokes）通过他对真空管的研究产生了他所称的“辐射物质”之后，对圣埃尔莫火的科学理解才成为可能。二十年后，人们发现了这个电子，揭示了这个世界不仅仅是由中性原子组成的。发现原子中含有更小的带电粒子对理解克鲁克斯物质发光的原因是至关重要的，它开创了等离子体物理学的全新领域。

等离子体发生在过剩能量将中性气体中的原子分裂成带电气体时。产生等离子体的一种 ... 是加热。例如，加热固体冰将分子晶体分解成液态水，沸腾的液态水释放出水分子，使其上升为气态蒸汽。继续向蒸汽中释放能量（例如，加热到21000华氏度或12000摄氏度以上），水分子中的原子变得粗糙，失去电子，变成带电离子。这一点代表了从气体、中性粒子云到等离子体的转变，一个包含许多带电粒子的云。

电能撕裂气体分子，使等离子体比热更容易，这是圣埃尔莫大火的关键。在风暴中，摩擦在云层的某些部分积累了额外的电子，产生强大的电场到达地面。理论上，一个足够强的电场可以将空气分解成任何地方的等离子体，但实际上，尖锐的点（如船桅）往往会使电场集中，将电子从原子中剥离，在尖锐的地方留下特别多的带电离子。

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一旦桅杆周围的空气部分转化为等离子体，圣埃尔莫的火焰就会通过一种叫做电晕放电的过程发光。当电场将电子抛向周围时，它们会撞击中性粒子，并将这些中性粒子搅动成一种更有活力的状态。新罕布什尔州达特茅斯学院（Dartmouth College）的等离子体物理学家克里斯蒂娜•林奇（Kristina Lynch）说：

想象着“某个恶棍穿过校园踢所有的孩子。”它们都会被激发，然后它们必须放松。”为了冷却，被激发的粒子发射出一个光子，具有特定的能量和颜色。对于在地球大气中占主导地位的氮和氧来说，那一束光分别燃烧着蓝色和紫色。

圣埃尔莫的火不是闪电

虽然圣埃尔莫的火灾往往发生在暴风雨中，但这是一种与闪电截然不同的现象。由于同样的原因，闪电的光芒也含有蓝色和紫色，但它也闪耀着白色——一种多种颜色的混合物——因为它加热周围的空气，尽管激发这些粒子的电子最终从太阳风而不是带电的云中获得能量。许多人还把圣埃尔莫大火和球状闪电混淆了，球状闪电是另一种数千年来所知的白炽现象。虽然人们对那些盘旋在光球上的现象仍知之甚少，但这两件事已经一起报道过了，正如这位登山者1977年在《科学探索杂志》上报道的那样：

“就在我下面，有一座破旧的建筑。从废墟中伸出的钢架上，每一点都能看到淡蓝色的火焰。火焰大小不一。点得越高，上面的火舌就越大。在海拔4000至4100米（1300至1350英尺）的较低位置，闪电闪烁。一个足球大小的橙色球在乌云的背景下迎风飞舞。

圣埃尔莫的火灾危险吗“幸运的是，对于远足者和水手来说，圣埃尔莫的大火不会燃烧，也不会带来任何直接的危险，除了潜在的暴风雨天气。”然而，在设计电气设备，特别是电力线路时，

工程师必须考虑电晕放电，因为圣埃尔莫火灾的不必要实例会消耗宝贵的电力。为了将这种影响降到最低，许多长距离电力线在尖尖区域（如塔和杆的顶端）周围都有环形的“电晕环”。这些环使电场不能集中到足以产生大量等离子体的程度。

在其他情况下，工程师们已经找到了利用电晕放电的 ... 。这个过程涉及臭氧的生产，臭氧是一种工业消毒剂。电晕放电也能产生影印机内部所需的带电表面。

虽然研究人员已经揭开了这一现象的神秘面纱，并将其应用于现代技术中，但圣埃尔莫大火的无害但迷人的辉光仍能让旁观者感到震惊，就像千禧年一样。

附加资源：

圣埃尔莫火焰中的等离子体和霓虹灯上的一样；请阅读《科学美国人》的更多内容。这段来自爱达荷州西北莱曼学院的训练视频显示了电晕放电发生在电线上的位置。请观看YouTube上等离子频道对圣埃尔莫大火的解释。1评论评论来自论坛sward 2019年11月26日20:58这也是我最喜欢的电影之一。。。8回复视图全部1个开始