闪电是一种稍纵即逝的现象，它能塑造行星的大气层，甚至激发出生命。闪电对研究大气成分具有重要的价值。研究学者迫切想知道更多关于其他星球是否也有闪电的可能性，这不仅仅是因为它影响了太空项目所使用的技术装备，更是因为它是寻找外星生物存在证据的一个重要线索。
自然界最震撼的闪电奇观之一。闪电可出现于潮湿的云层，喷发的火山灰或太阳系外的世界。图为智利pccvc火山群的闪电照亮了天空。
1979年3月5日，“旅行者”号航天器疾驰经过木星，并发送回来一幅带有颗粒的快照，所拍内容先前只在地球上看到过：闪电爆发。这证明这种大气中的奇观并非地球所独有。
1996年的照片显示，木星表面可能的雷击点北纬43°~46°之间。
闪电一是股由极速的电子形成的大气层规模的电火花，有大气层就会有闪电。在此次发现后，航天器在我们太阳系的其他星球也观察到闪电：从金星云层的顶部到土星的卫星泰坦，尤其是土星本身，那儿的电风暴如此巨大和光亮，甚至白天都光芒四射。
同样，在浩瀚的银河系中千千万万系外行星的天空中肯定有强大的电流爆裂。不过，迄今尚未得到证实。苏格兰圣安德鲁斯大学的德国物理学家克里斯蒂安·海林想确认数十万光年远的外星闪电，但由于我们还没有比光速更快的交通工具，所以她只能用功能日益强大的天文望远镜来观察。
这样的搜索观察很重要，因为尽管闪电来去匆匆，瞬间即逝，但是电爆裂会改变其周围空气的构造。实际上，闪电的作用很巨大，它正是生命自身最为重要的组成部分。
一切形式的闪电都起始于云层，所以海林的研究也是如此。她总是很喜欢研究她所谓的“微物理学”，这是一种用肉眼看不见的微小尺度上的微细颗粒的相互作用。2001年，博士后海林研发出名叫“漂移”的计算机模型。描述在重力作用下，微细颗粒在云层中涨落起伏的运动状况。她逐渐了解到建立模型对于刚开始研究闪电的新手非常重要。
海林使用计算机模型模拟灰尘在褐矮星的大气层中的旋转和卷涡运动。褐矮星是气态构造，它尺寸太大，温度太高，不能归于行星，可是它的尺寸和温度又算不上恒星。通过研究这些“不合格的恒星”所发出的光，天文学家可以得知它们的构造成分。到目前为止，天文学家们已经发现了许多熟悉的分子，如氧和二氧化碳，以及硅和铁矿物质。
斯坦利·米勒和哈罗德·尤里在1950年代的实验表明，闪电是产生生命的关键因素。
使用模型“漂移”，海林发现这些分子能形成她所谓的“宝石云彩”，这是因为作为云彩构造成分的硅酸盐和金属会使云彩光亮四射，五彩缤纷。在她的模型中，云彩中的大气气体有时会凝结在闪闪发光的尘埃颗粒上，并使颗粒尺寸增大至数毫米的尺度。这里正是人们感兴趣的地方，因为这些颗粒经常发生碰撞，产生出闪电爆发的要素——电荷。
在我们地球上，风暴云是由带电的水滴和冰雹组成的。但是水并不是产生闪电的唯一因素，它只不过是携带电子的媒介。在猛烈的火山爆发之后，翻转卷涡的火山灰也会带电。
这就为闪电搭建了舞台。不论是来自“宝石云彩”，或水滴，还是火山灰，这些云层内的不同电荷都创造出电场。任何自由电子会极速前进奔向正电荷一侧，正如在地球的引力场中的球体会下落一样。在获得相互碰撞、“下落”和倍增的足够电子后，闪电就形成了。
海林的研究显示，褐矮星的闪光云彩，也会创造出这样的电荷。2009年，她感到疑惑：是否这些充满灰尘的云彩正是外星闪电风暴产生的基础。
也在这一年，天文学家们开始发现太阳系外的众多行星。系外行星和褐矮星在许多方面存在差异，但是就海林的研究目的来说——云层和云层内发生的情况，行星和褐矮星是很相似的。当在地球上都不能直接见到这两种星体时，研究人员便可使用当今的天文望远镜来确定它们大气层的化学组成。利用这些数据，模型“漂移”可揭示出气态的系外行星大气层也能产生闪光的宝石云彩。
在圣·安德鲁斯大学，海林组建了一个被称为LEAP（生命、电、大气、行星）的研究团队。其目标是探索在这些新的世界中是否存在闪电，并为其他人研究系外星球闪电打基础。
首先搞清楚一阵闪电是如何从翻旋的尘埃中产生的，这是海林计算机模型的关键任务。幸运的是在地球上存在着太阳系外云彩的模拟物。海林说：“令人兴奋的是它们的组成与我们知道的火山云的组成是类似的。”
2013年，慕尼黑大学的火山学家科拉多·西马里利在实验室中通过极高压力把尘埃推进小型玻璃管的方法再现出闪电。他用慢镜头阐明实验室制造闪电的过程。在屏幕上闪烁的是从加压玻璃管内释放出带电的黑色颗粒状水雾（如同消防水管中喷出的水），表现出一段一厘米长的白色纹理。
将这些实验室的数据输入模型“漂移”，海林发现闪电能在气态的系外行星和褐矮星上发生，呈现如同美国帝国大厦尺度的带状。
使用与“宝石云彩”类同的材料由西马里利制造的实验室闪电说明，当尘埃快速运动时，最经常出现的闪电像流光。这意味着闪电最有可能出现在行星上，并伴有来自主恒星的大量光和辐射以产生风。
宝石云彩及其伴随的闪电存在的普遍性超出了海林的想象，她确定外星闪电会在贯穿宇宙的环境中闪烁。但是她该如何区分出外星闪电？因为系外星球离我们太远，无法直接观察，所以这不单纯是发射一个太空探测器去测量或指挥哈勃望远镜去接近目标的简单问题。
为了搞清楚如何寻找太阳系外闪电的真正证据，海林把“漂移”的编码与另一个大气模型“凤凰”相结合，此模型是由汉堡大学的天体物理学家研发的。“凤凰”能将“漂移”模型模拟的单个云彩放置于整个行星的背景上。采用漂移-凤凰的结果，海林弄清闪电会在各自的大气层中留下怎样的痕迹。结果是，不论在地球上还是在其他地方，凡是发生闪电的地方，甲烷和一氧化碳的含量都略高。
当今的天文台着重获取大气层的重大特性，而对收集闪电留在系外世界上的化学物遗迹则不够敏感。到2018年，发射詹姆斯·韦伯太空望远镜时，就会幸运地看到关于系外行星更有说服力的情景。这种独特的景色将会使天文学家们见到一个电爆的世界。但这并不是发现闪电的特征标记的全部意义所在。
更引人注目的是，闪电可能是孕育生命的关键因素。60年前，由生物化学家斯坦利·米勒和哈罗德·尤里所做的实验证明，如果你把从地球上找到的潮湿的混杂在一起的成分——水、氨、甲烷、氢气加上电火花，你便能得到氨基酸——已知所有生命的基础构件。
但这并不意味着闪电等于生命，两者相差甚远，但闪电却是寻找生命现象的关键线索。
閱讀更多 奧祕 的文章
