研究了二十年，我終于‘敢’跟你聊球狀閃電了”！電磁孤子之謎解開

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2026-04-24 10:00:04 教育信息速報

研究了二十年，我終于‘敢’跟你聊球狀閃電了”！電磁孤子之謎解開！球狀閃電是一種罕見且神秘的自然現(xiàn)象，通常在雷暴后出現(xiàn)，呈球形、能短暫懸浮并發(fā)光。其本質(zhì)和形成原因一直是科學難題。

中國科學院上海光學精密機械研究所的研究團隊近日取得了關鍵突破。他們首次成功激發(fā)并穩(wěn)定捕獲了與自然界球狀閃電高度相似的球形發(fā)光體，并證實其本質(zhì)為電磁孤子，為揭示球狀閃電之謎提供了重要的實驗證據(jù)。相關成果發(fā)表在國際學術期刊《自然?光子學》上。

此前理論推測，球狀閃電可能是一種“電磁孤子”，由電磁場和等離子體形成的特殊結(jié)構，能在沒有外部能量維持的情況下自己抓住能量并保持形態(tài)。但過去的實驗只能產(chǎn)生微米大小、存在時間極短的微型孤子，與自然球狀閃電差距很大。

中國科學院上海光學精密機械研究所的研究團隊另辟蹊徑，選擇用波長更長的太赫茲波作為驅(qū)動源，理論上能產(chǎn)生更大、更穩(wěn)定的孤子。他們基于“羲和激光裝置”，用飛秒強激光轟擊微金屬絲，再通過納米尖端的聚焦作用，將太赫茲波壓縮到極小空間，形成了強度極高的相對論級太赫茲近場。

科研團隊還在針尖附近引入高速氬氣噴流。在強太赫茲場作用下，氣體被迅速電離，形成參數(shù)可控的等離子體環(huán)境。太赫茲波和等離子體相互作用，最終形成了一個近毫米級的球形發(fā)光結(jié)構。

實驗顯示，這個“類球狀閃電”直徑超過百微米，能穩(wěn)定存在超過百納秒，壽命比傳統(tǒng)實驗大幅提升。它的發(fā)光行為、膨脹規(guī)律和溫度變化都與自然界中的球狀閃電高度相似。科學家通過光譜分析發(fā)現(xiàn)，這個光球表面溫度從約7萬攝氏度緩慢降到6千攝氏度，證明有能量持續(xù)注入，而這正是太赫茲波的輻射壓力和等離子體的熱壓力相互作用導致，使其沒有像普通閃電一樣瞬間消散。

這項成果對于揭示球狀閃電本質(zhì)、推動太赫茲強場物理研究以及探索新型聚變能量約束方式等方面具有重要作用。

(責任編輯：0882)

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