段景頤

在極地，有一些奇觀怪象是生活在地球其他地區(qū)的人們從未見過的。比如，在北極工作的科學(xué)家會發(fā)現(xiàn)他們能聽到3千米外的人們交談的內(nèi)容。其實，這是空氣密度和光滑冰面共同造成的。北極氣候寒冷，靠近地面的空氣密度比低緯度地區(qū)的低層空氣大得多。因此，人說話的聲音更容易被反射回地面，而北極堅硬光滑的冰面又是理想的反射面，聲波便再次向空中反射，如此往復(fù)……最后，聲音就被傳到了很遠的地方。其實，極地還有許多讓人驚嘆的奇觀。

詭異光柱

一根根垂直的光柱拔地而起，但這不是極光，更不是燈光表演。美國阿拉斯加、加拿大努納武特等北極圈地區(qū)都曾頻繁出現(xiàn)這種光柱。有時，光柱現(xiàn)象也發(fā)生于極地以外的寒冷地區(qū)，例如中國的新疆和內(nèi)蒙古自治區(qū)。

這種詭異的光柱是一種多發(fā)于寒冷的北極圈的奇觀。光柱的光源來自地面燈光。如果空氣中恰好有六邊形或六棱柱形的微冰晶，那么這些冰晶就如同一個個小小的反光鏡，將光線反射到人眼中。

那么，為什么冰晶反射后的光是一個個完全垂直于地面的光柱？其實，這是一種視錯覺。冰晶表面十分光滑，對光的反射為鏡面反射——平行入射光被光滑平面反射后依然是平行的。因此，觀測者只能看到光源和自己在一條直線上、反射角剛好朝向觀測者肉眼的冰晶反射光。又因為不同高度的空氣中都有反射角恰好對準觀測者肉眼的冰晶反射光，因此任何方位的觀測者都只能看到面向自己的一根根垂直光柱。

夜空光球

2017年10月26日傍晚，俄羅斯攝影師謝爾蓋察覺到天邊出現(xiàn)了奇怪光球。當時看到光球的并不止他一人，西伯利亞北部大部分地區(qū)都有關(guān)于這個光球的目擊報告。謝爾蓋回憶說：“剛開始我呆了好幾分鐘，不知道那是什么。爾后光球從樹后越升越高，朝我的方向飛來。”回到家后，謝爾蓋聽見孩子們也在談?wù)摴馇?，“外星人”“維度通道”等詞不停從他們嘴里往外蹦。但謝爾蓋覺得多半是探照燈的光。

幾日后，俄羅斯國防部給出了正式說明：光球是導(dǎo)彈的火箭尾氣在高空中擴散，同時反射太陽光造成的。專家解釋說，火箭的尾氣在空中會擴散成一個直徑幾十至幾百千米的球形。雖然城市已經(jīng)夜幕降臨，但高空中火箭尾氣的液滴和顆粒還能反射來自地平線下方的陽光。

2019年4月5日傍晚，挪威部分地區(qū)的天空中出現(xiàn)了藍、紫、黃三色組成的兩個規(guī)則圖案，一些目擊者困惑不解。其實，這是美國宇航局在挪威進行的一次“極光區(qū)上升火箭實驗”?；鸺w行到距離地面115～250千米的高度時，位于其上的儀器會測量并記錄大氣密度和溫度，同時向大氣釋放三甲基鋁和鋇鍶混合物這兩種示蹤物質(zhì)。其中的離子暴露在太陽光下時，會形成極光一樣的彩色云。研究人員使用地面設(shè)備記錄下彩云的水平和垂直運動變化，就能反推出大氣中中性粒子和帶電粒子各自的流動模式。美國宇航局表示，4月5日發(fā)射的火箭只是系列實驗的開始，未來兩年他們還將進行7次類似實驗。

冰火山爆發(fā)

2014年，在西伯利亞永久凍土地區(qū)突然出現(xiàn)了眾多巨坑，這引起了人們的熱議：有人猜測是小行星撞擊后留下的撞擊坑，也有人猜測是甲烷水合物爆炸形成的。直到2018年，科學(xué)家才找到巨坑的真正成因，原來它們是冰火山的遺留物。冰火山噴發(fā)的不是熔巖，而是冰水和氣體的混合物。之前科學(xué)家曾經(jīng)在泰坦（土衛(wèi)六）和谷神星（太陽系小行星）表面發(fā)現(xiàn)過冰火山。西伯利亞出現(xiàn)的這些冰火山是地球上首次發(fā)現(xiàn)的冰火山。

在眾多巨坑中，其中一個被稱為亞馬爾火山口，直徑25米，深50米，火山口上層呈圓錐狀向外擴張，下層壁垂直于地面?？茖W(xué)家對從火山口周圍收集到的沉積物進行了分析，在測定了其中二氧化碳、氮氣、氫氣和甲烷的比例后發(fā)現(xiàn)，這些沉積物與火山口附近博瓦年科沃氣田的天然氣構(gòu)成明顯不同。這個發(fā)現(xiàn)駁斥了坑中氣體來自附近氣田的推測。樣本中甲烷的碳同位素構(gòu)成表明其來源于生物源烴（由生命活動形成的碳氫化合物）。因為沉積物中高級正烷（C19H40以上）較普遍，所以表明這些烴類來自被埋葬的植物殘余。

科學(xué)家猜測，冰火山爆發(fā)要經(jīng)歷幾個階段。首先，永久凍土層上要有湖泊等水體。然后，湖水逐漸融化下方的凍土，形成一個含水土壤層（一種熱因形成的侵蝕地貌，因此也叫熱喀斯特）。周圍的低溫巖層讓熱喀斯特的邊界被冰包裹。久而久之，熱喀斯特上方的地表也結(jié)凍，形成了一個完全被冰包裹起來的封閉空間。熱喀斯特中的微生物分解植物殘余產(chǎn)生氣體，讓內(nèi)部壓強逐漸增大，直至上方的含土冰蓋再也無法承受。最后，封閉熱喀斯特中的氣體和冰水從正上方爆發(fā)。

冰火山有點像北極地區(qū)常見的凍脹丘，只不過前者是密閉空間內(nèi)的氣體瞬間爆發(fā)，后者是凍土中的水結(jié)凍，體積膨脹而逐漸頂破地表。

冰震的巨響

2019年1月的一個凌晨，美國芝加哥的不少居民被響徹全城的巨大聲響驚醒。在第一聲巨響結(jié)束的幾分鐘后，第二聲巨響再次襲來。不少芝加哥城的居民擔(dān)心恐怖天災(zāi)降臨，恐懼感籠罩著全城。其實，除了芝加哥，美國中西部不少地區(qū)都有類似的巨響報告。有人猜測，這可能是大地震來臨的前兆。

其實，導(dǎo)致巨響的是冰震——一種多發(fā)于極地的自然現(xiàn)象。芝加哥位于北緯41°附近，緯度與沈陽接近，雖然還沒有進入北緯66°34的北極圈范圍，但會受極地渦旋（一種產(chǎn)生于極地的大規(guī)模氣旋，是造成寒流的因素之一）入侵的影響。通常，如果不是極地渦旋帶來的大降溫，芝加哥一般是不會發(fā)生冰震的。不過寒潮讓芝加哥溫度驟降，之前滲入城市地下的水迅速結(jié)冰，體積迅速增大，堅固的冰凍土壤或巖層無法承受這股突然的高壓，就會通過斷裂釋放積累的應(yīng)力，形成冰震。這就是巨大聲響的來源。

在極地，還有另外一種冰震。地球兩極的冰山偶爾會突然“翻跟斗”。在溫度較高的洋流沖刷下，冰山下方的冰會逐漸融化，這導(dǎo)致冰山的重心不斷上移。到一定程度時，重心過高的冰山就會在海里換個姿勢。冰山在翻身過程中碰撞、擠壓其他冰山，也會形成冰震。巨型冰山翻轉(zhuǎn)形成的巨浪甚至能掀翻附近海域的船舶。

南極白蒙

2015年11月13日，55歲的亨利·沃斯利開始穿越南極大陸的偉大挑戰(zhàn)。在此過程中他遭遇了數(shù)次惡劣白蒙。白蒙通常是由暴風(fēng)雪引起的能見度驟然下降。到穿越的第62天，已經(jīng)數(shù)次遭遇白蒙天氣的沃斯利感覺自己遭遇到了最糟糕的一次白蒙天氣。他置身于茫茫虛無之中，無論朝哪個方向前進，都只能看到漂往地平線邊緣的雪片。他艱難地呼吸著，每次呼出的水汽都瞬間在胡子和眉毛上被凍成冰。零下30°C的氣溫在狂風(fēng)的作用下，產(chǎn)生的風(fēng)寒溫度讓沃斯利覺得自己仿佛身處零下60°C的極寒環(huán)境。難怪人們會將白蒙稱為“白色黑暗”。

還有另外一種白蒙，在極地飛行的飛機得時刻提防。1979年11月28日，新西蘭航空901航班載著20名機組成員和257名乘客，飛行在南極洲上空，卻最終撞向了埃里伯斯火山，機上277人全部遇難。飛機殘骸中遇難乘客相機里找到的照片底片被沖洗成像，從中可以看出飛機墜毀前航線天氣晴朗。從飛機“黑匣子”中恢復(fù)的數(shù)據(jù)顯示，飛機在撞山前飛行高度下降了610米，同時機上的“地面迫近警告系統(tǒng)”響起警報，但飛行員顯然沒有理睬。執(zhí)行任務(wù)的機長和副駕駛都是有豐富駕駛經(jīng)驗的資深飛行員。不過他們沒有任何南極飛行經(jīng)驗，過分自信而忽視了儀器警告，并且粗心漏輸入了兩個關(guān)鍵的航點坐標，最后釀成慘劇。那么，飛行員為什么沒有看到正前方的巨大火山？調(diào)查人員猜測，飛機當時可能遭遇了云雪白蒙一一飛機飛行方向前方突然出現(xiàn)的白云和火山上的白雪混為一體，導(dǎo)致飛行員沒有發(fā)現(xiàn)前方的火山。1999年新西蘭政府對此次空難的官方調(diào)查報告認可了這種猜測。.

當然，也還有另一種可能性：冰晶使雪山在人們的視線中“隱形”。當時飛機附近的高空可能有無數(shù)小冰晶，在雪山白色的積雪的“幫襯”下，太陽光被冰晶和白雪多次反射和折射。雪山的陰影被不同方向的反射光抵消，其輪廓對比度在飛行員眼中大大下降，雪山和白云的分界線消失，導(dǎo)致飛行員沒有注意到面前的火山，最終釀成機毀人亡的悲劇。

極光的低語

1990年的一天，芬蘭北部的薩利賽爾卡村正在舉辦爵士音樂節(jié)。參加活動的萊茵和朋友們在中途走出會場，想離開喧鬧的人群和音樂聲，順便出去欣賞芬蘭大名鼎鼎的極光奇觀。萊茵他們一動不動，默默地感受著夜晚的寧靜和極光帶來的震撼。不一會兒，他們隱約聽見了某種“嘶嘶”聲，聲音隨著極光的變化而同步變化，這明顯不是來自音樂節(jié)現(xiàn)場的聲音。

萊茵和朋友討論了一陣子，大家都覺得聲音應(yīng)該來自極光。不過，極光距離地面80千米以上，距離如此遙遠，照理聲音是無法傳達到地面還能被人聽到的。1999年，他又來到芬蘭參加音樂節(jié)，再次聽到了9年前的極光怪聲。身為心理聽覺科學(xué)家的萊茵從此開始了對怪聲的研究。在查證了相關(guān)資料后萊茵才知道，300多年前就有關(guān)于極光發(fā)聲的報告。在研究報告中，有的將極光聲形容為“絲裙擺動的聲音”，有的形容為“群鳥掠過頭頂?shù)穆曇簟?有的形容是“步槍退膛的脆響”。

既然有那么多關(guān)于極光聲的書面記錄，那么為什么沒有人把聲音記錄下來呢？其實，確實有一些科學(xué)家嘗試過記錄極光聲，不過都失敗了。這是因為極光聲很不明顯，不容易和背景噪聲區(qū)分開。有些科學(xué)家開始懷疑極光聲是極光引發(fā)的幻聽現(xiàn)象;還有觀點認為這是一種聯(lián)覺（也稱“通感”）效應(yīng)，比如某些具有聯(lián)覺的人會覺得特定的音樂聽起來感覺是甜的。

2000年，萊茵與芬蘭一家天文觀測臺合作開始記錄極光聲。10年后，第一個極光聲被他們捕捉到了。極光聲來自距離地面不到100米的空中，這和之前數(shù)百個極光聲報告對其位置的描述相符。

萊茵對極光聲的成因做了如下猜測：在無風(fēng)的夜晚，熱空氣像棉被一樣罩住了地面附近的冷空氣，這便是常見于冬季的大氣逆溫層。從地面產(chǎn)生的熱空氣將來自地表的負電帶到冷熱空氣的交界區(qū)，并在那里慢慢累積。極光發(fā)生的周邊大氣導(dǎo)電性也會增加，大氣電離層的部分陽離子更容易向下層大氣轉(zhuǎn)移。當電離層的陽離子來到冷熱空氣交界區(qū)附近，遇到了來自地面的大量負電荷。在巨大的電壓差下，兩股電荷擊穿空氣劇烈放電。周邊空氣受熱膨脹產(chǎn)生沖擊波，傳到地面就形成了神秘的極光聲，放電同時產(chǎn)生的還有紫外線和磁場脈沖。這種理論認為極光聲音需要低空有逆溫層，因此能夠解釋為什么只有在特定天氣條件下才能聽到極光聲。

（責(zé)任編輯王川）