奇异的天空（一）

何积惠

与水、风、土、火这些经典物质要素相比，我们人类在更大程度上是空气的产物。我们总是和大气保持着亲密的接触——或沉浸其中，或为了活下去而大口将它吸入体内，或受到其喜怒无常的天气的支配。尽管两者间的关系如此密切，可大气还是向我们保守了很多秘密。从诡异阴森之光到预示凶兆的炽热，从太空边缘泛着微光的缕缕冰柱到看不见的隐形潮汐，孕育这一切的策源地正是空气。甚至在高空的云端里，也潜伏着大嚼化学物质并因此而影响天气的生命。那么，在浩瀚无垠的天空里到底隐藏着什么秘密呢？

不可思议的云层风景

冰和云的微水滴需要有催化种子才会开始生长。它们可以是矿物质颗粒或者甚至是细菌，有些研究人员暗示，宇宙射线可能参与了这一过程。他们声称，当更多来自太空的这些高能粒子碰撞大气时就会形成更多的云层，其结果将对我们的气候产生深远的影响。位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）去年进行的一次实验提出报告称，宇宙射线能帮助大气化学物质转变为超精细的尘雾。这一结果使理论倡导者备受鼓舞，虽然尘雾颗粒看似细微得难以成为冰晶的种子。

不过，关于云的谜团有些已在最近被解开，其中包括航空器是如何在云层里勉力钻开宽50千米的洞孔的。飞机在空中通过时照例会激发冰晶的生成，由此释放出潜热并掀起呈环状的暖空气而将向外翻滚的云雾蒸发掉。

另一道独特的风景要数“巢室开放式”云型，也就是常可在海岸线附近见到的阵势浩大而呈蜂窝图案的云。如今有人认为，它是在雨水将空气射流往下驱赶到大海表面上的时候形成的。每股射流接着会不断地向外扩散，一直持续到与其他射流相碰撞为止。在发生这种现象的地方，射流都会再度按蜂窝图案升腾而起，催生出千姿百态、魅力十足的云朵。

一个更顽固不化的难解之谜，远远超越于正常云雾之上，盘桓在距地面约80千米的中间层里。那就是所谓的夜光云，这种云层由精细的冰晶组成而呈半透明状，在高纬度地区的黎明或黄昏时分最易见到。目前，夜光云正在变得愈益增多，美国宇航局（NASA）的AIM卫星甚至在离赤道不远的地方也探测到它们的踪影。

这些现象之所以会发生，可能是因为气候变化已导致中间层趋于冷却，助长了冰在那里的生成。另一种可能性则是牲畜和工业排放的甲烷经反应在中间层形成水而造成的。或者是将这些异变归咎于太阳辐射？谁也说不准。

鲜为人知的高空生命

地球上几乎没有什么生物像细菌和真菌这些天空的隐形常客那样翱翔得如此高远。它们多半可能是悠闲从容的“观光客”，以空气为媒介巡游于世，有些似乎在啃食着云端的化学物质。甚至地球上的生命起始于高空平流层都是可能的。

我们很久以来就对空气传播的细菌有所知晓，但往往想当然地把它们看成惰性十足、纯属偶然的“漫游者”。然而，1977年在奥地利阿尔卑斯山3000米处收集到的云滴，彰显了一种更具活力的生存迹象。奥地利因斯布鲁克大学的比吉特·萨特勒及其同事目睹了细菌在水中生长和繁殖的情景。他们还找到了可能构成食物源的有机酸和乙醇。据萨特勒估计，从全球角度看，云端生命可能一年要耗费100～1000万吨碳。

这些微生物有的可能正在改变我们的气候。大部分雨云是在微观冰晶开始在微粒物质上生长时形成的。这些微粒可能是无机的，但上世纪70年代的研究表明，细菌能够起到更好的作用。例如植物病原菌丁香假单胞菌，便携带有激发冰生成的蛋白质。从那时以来，不断有其他细菌和真菌被发现具备类似的潜质。“微生物能在无生命的核达不到的温度下激发结冰这一过程。”路易斯安那州立大学的布伦特·克里斯纳说。他在世界各地的观察点找见了雨和雪中的微生物。

很多人怀疑天空中是否有足够的病菌影响云的形成。然而，由加利福尼亚大学圣迭戈分校的金·普拉瑟率领的团队，2007年曾驾机飞临怀俄明州上空采集云样。他们发现三分之一的冰核中含有生物物质，包括细菌、真菌孢子和植物物质。

在克里斯纳看来，给这类“空中瓦砾”提供免费搭车的是水循环。细微的有机物被吹离树叶而进入空气，其顽强的生命力足以在短时间内抵御日灼和脱水，但绝不可能持之以恒。于是它们衍变为云，像雨水那样重新落回地面。他怀疑这些细菌实际上经过进化而对云起着催化作用。由于云层对阳光的折射作用，空中微生物很可能在气候变化中发挥一定的作用。甚至这些空气传播的细菌散布了人类疾病恐怕也是事实。

到目前为止，我们只是对空气生命投注以匆匆一瞥。没人知道有多少物种在游移飘荡，也没有统计数字显示高空生命是如何成为可能的。“我们对高空边界一无所知。”克里斯纳说。所以，他的团队便将气球发送到中间层内，藉此探视那里是否有什么生命的踪迹。目前他们依然在整理调查结果，但初步迹象表明有些生命在超过60千米的高空也是能够幸存的。距地面如此高远的条件，跟火星表面具有惊人的相似之处：寒冷、干燥，几乎没有空气且辐射强烈。所以，对地球大气层外缘的生命展开研究，可为我们提供深入了解外星际生存境遇的洞察力。

美国国家海洋和大气管理局的亚德里安·图克终于在一份调子偏激的提案中声称：空气中可能已有生命形成。他说，原始细胞也许是在中间层的细微水滴中生成的。这些水滴或许是从陨星中汲取的营养，而更为复杂的化学现象则是受来自太阳的紫外线照射而发生的。

不该出现的雷霆闪电

闪电对于现代科学来说几乎是个难解之谜，就像它曾令我们充满敬畏之情的祖先感到困惑一样。虽然我们现在确信闪电不是诸神手中挥舞的一件武器，但潜藏在背后的真实机制并没有被充分理解。

一个神秘谜团在于：雷电云是如何变得如此高度荷电的？最合理的解释是：细小冰粒与形体较沉、被称为霰的雪泥团之间发生碰撞往往会传递电荷，但这一过程在真实云层中的作用并没有得到证明。

一个甚至更大的谜团在于：当空气是电绝缘体时，雷霆闪电的巨大电流究竟是如何开始流通的？让空气经过分解而形成导电的等离子是可能的，但这需要大于100万伏/米的超强电场。气象学家将数以百计携带仪器的气球和火箭发送到雷电云中，为的是测试那里的局部条件，可他们迄今见到过的最强磁场只有临界值的十分之一左右。

闪电大概需要某种催化剂才会一泄为快。有一种理论认为，宇宙射线参与了催化过程。这些荷电粒子或许是因为超新星在银河系远处爆炸而生成的。宇宙射线质子在同大气中的分子相撞时，可能具有足以产生一连串相对论性粒子的能量。这些瀑布般的粒子使空气得以电离，产生出呈锥形的自由电子射丛，为开始流通的电流创造了必要的条件。

闪电常会产生稍纵即逝的X射线和伽马射线，甚至还可能包括反物质的光束。这些现象提示了涉及到某种相对论性过程，但并没有证明宇宙射线是始作俑者。