球状闪电是自然界最神秘的电磁现象之一。多国科学家都曾试图为其做出合理解释，相关理论假说也层出不穷，但始终缺少可重复、可精确诊断的实验验证。近日，中国科学院上海光学精密机械研究所研究团队，首次成功激发并稳定捕获了与自然界球状闪电高度相似的球形发光体，并证实其本质为电磁孤子，为揭示球状闪电之谜提供了重要的实验证据。
普通闪电转瞬即逝，而球状闪电却能如“光球”一般悬浮、移动，长时间维持。两百余年来，不断有人目击这种悬浮于空中的发光球体，其直径通常为几十厘米，寿命可达数秒乃至数分钟，远超普通闪电。然而，球状闪电的出现完全随机、极难捕捉，两大核心问题始终悬而未决：其能量何以维持？球形结构何以稳定？
球状闪电虽为燃烧发光的能量球体，却不会瞬间耗散，也不猛烈炸开，反而能维持稳定的形态。这种看似反常的稳态，其根源在于它本质上是一种能够自我约束的稳定波动结构——电磁孤子。其形成机制可概括为：相对论强度的电磁波电离气体形成等离子体，并将电子和离子向外排开，从而推出一个球形空腔；而球壳表面的高密度等离子体向内挤压。球形腔内的辐射压与球壳表面的热压随着球体膨胀达成平衡，将电磁波牢牢“囚禁”在一个球形空间里。
研究团队经过长期攻关，创新性地采用太赫兹表面波作为驱动手段，首次成功实现了“类球状闪电”的激发与捕获。团队利用金属丝与纳米尖端的近场增强效应，将太赫兹表面波聚焦到约50nm的极小区域，获得了超过10GV/m的相对论级强度太赫兹近场，为产生亚毫米尺度电磁孤子提供了高质量驱动源。该强场被同步注入超音速氩气喷流中，迅速电离气体，并形成太赫兹电磁孤子。实验观测到一个直径百微米级、寿命百纳秒级的稳定发光球体，其光谱特征、膨胀动力学过程及自持演化特性均与电磁孤子理论模型高度吻合。该球体的行为特征与自然界中神秘莫测的球状闪电表现出显著的相似性，这一结果从实验层面印证了理论学者对球状闪电本质的预言——电磁孤子。
该研究不仅为破解球状闪电这一科学悬案提供了关键实验证据，也揭示了极端条件下电磁能量约束的基础物理机制，对强场太赫兹光子学、电磁能量存储、大气科学及地球物理学等相关领域具有重要的启发意义。
相关研究成果发表在《自然-光子学》上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院等的支持。
类球状闪电电磁孤子结构示意图
太赫兹电磁孤子的受控产生
全球陆地生态系统通过光合作用每年吸收近1/4人类活动排放的CO2，在减缓全球变暖中发挥了作用。而随着全球范围内极端高温事件频率和强度的持续增加，陆地生态系统的CO2吸收能力受到挑战。当前，相关研究聚焦于持续时 11月13日，教育部召开学习贯彻落实习近平总书记给中国国际大学生创新大赛参赛学生代表重要回信精神座谈会。教育部党组书记、部长怀进鹏出席会议并讲话。教育部党组成员、副部长吴岩主持会议。 怀进鹏指出，习近平 中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 黄星）日前，福建省福州市委教育工委书记、市教育局党组书记、局长游昕一行赴闽侯第一中学开展食品安全专项督导工作，并在学校陪餐。游昕一行深入学校的食堂后厨 中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 陈朝和）11月6日—7日，由教育部幼儿园园长培训中心、四川省教师发展中心主办的教育部新时代“双名计划”何云竹·陈宴名园长工作室联合研修活动暨第四届全国幼 ◎摘 要 高校作为统筹推进教育科技人才体制机制一体改革的先行区和试验田，要以更高的政治站位、更强的使命担当、更远的战略眼光深入实施人才强校战略。坚持党管人才，健全统一高效的人才工作 中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 陈欣然）11月6日，2024年全国精细化工行业产教融合共同体年度会议暨“校企对接”交流会在天津召开。本次大会由中国化工教育协会指导，天津职业大学主办，天津大学 。本文链接：科学家在实验室成功模拟类似自然界的“球状闪电”http://www.sushuapos.com/show-12-2884-0.html
声明：本网站为非营利性网站，本网页内容由互联网博主自发贡献，不代表本站观点，本站不承担任何法律责任。天上不会到馅饼，请大家谨防诈骗！若有侵权等问题请及时与本网联系，我们将在第一时间删除处理。
上一篇： 打破“不可能三角” 科研人员打造超级铜箔
下一篇： 深海环境钛钝化膜压力响应机制研究取得进展