“在那山的那边、海的那边有一群蓝精灵……”，这是家喻户晓的经典歌曲《蓝精灵》中的歌词，然而，动画片中的蓝精灵是虚构的形象，在现实中并不存在，可是你知道吗，在现实生活中，在天的那边、临近空间那边真的有一群“红色精灵”！

红色精灵是中高层大气中雷暴云上空的一种 空气介质击穿现象，由云层与地面间的正闪电引起，被认为是一种正极性流光。它激发于大约 70 km 的高度，然后以令人难以置信的速度——大约 10 000 km/s 的速度快速向下扩展，通常出现在离地面约 40 到 90km 左右的临近空间范围内，宽度一般约为 5 到 10km （图 1），宽广而壮观。

图 1 红色精灵及高度示意图

红色精灵宛若雷暴上空的烟火，绚丽而盛大。它的上部为弥散区，中部为过渡区，下部为流光区（图 2），且具有分叉结构，上部为弧形枝状，下部为卷须状。顾名思义，红色精灵通常呈红橙色，偶尔也有向上传播的成分和较弥散的发光使其顶端呈现淡红光晕。不过红色精灵出现在较低高度上的部分略显蓝色，并从高到低呈现从红到蓝的颜色变化，实质上反映的是不同高度上的大气密度对产生红光的氮气分子激发态的抑制程度。

图 2 红色精灵结构示意图

红色精灵很神秘，最早发现于 1886 年，但受限于科技水平和观测手段，没有任何影像资料，更无从探究这种壮观大气现象的成因；1925 年，威尔逊从理论上预测了红色精灵现象，但仍缺乏实际观测的证据；随着航空业的发展，飞行员和乘客在飞行中偶有见到红色精灵，但大部分人依旧没能眼见为实；直到 1989 年，美国明尼苏达大学 John R.利用一台低光度摄影机首次记录了红色精灵影像（图3），美国阿拉斯加大学科学家 Sentman 等在 Sprit94 科学项目中利用两架喷气式飞机同时对红色精灵进行观测，获得了首张红色精灵的彩色影像（图 4），为科学家们深入探究红色精灵的形成机制和特征提供了珍贵的资料。

图 3 首张红色精灵影像

图 4 首张红色精灵彩色影像

那么红色精灵是在什么条件下形成的呢？其原理是中高层大气中的电介质击穿！别被名词吓倒，其实很简单。空气介质击穿现象是指在电场的作用下，当电场强度达到一定程度时，空气中的分子会被电离，形成带电粒子，从而导致电流的产生。在大气中，正常情况下空气是电绝缘体，即不导电的，因为空气中的分子大多数是中性的。但当电场强度超过一定阈值时，空气分子会被强电场击穿，形成电离的带电粒子，如正负离子和电子。图 5 中黑色实线为空气介质击穿所需要的电场曲线，四条细线是不同强度的闪电在不同高度上的电场变化，当闪电强度足够大时，在特定高度之上便可以形成空气介质的击穿，此时便会产生中高层放电现象。红色精灵就是是正闪电引起的一种放电现象，产生了特殊的发光效应，呈现出红橙色的光辉。

图 5 中高层大气放电现象击穿高度与电场关系图（Williams，2003)

然而，在我们的日常生活中，常见的是划破黑暗的白色闪电，似乎并没有怎么见到红色精灵，这并非由于它们稀少，相反，研究表明，全球每天能产生上千只“红色精灵”。红色精灵罕见的原因之一是它转瞬即逝。红色精灵的产生时间一般为地闪回击之后几毫秒到几十毫秒内，持续时间也是以毫秒为单位，这是什么概念呢？人眨眼的时间为 0.2-0.4 秒，这意味着红色精灵的持续时间 比人眨眼的时间 还短 几十倍！罕见原因之二是红色精灵通常出现在雷暴云上空的临近空间，视线容易受到遮挡。因此，若要观测红色精灵，建议选择 200 至 800 千米以外的雷雨云作为观测对象，选择较高的观测位置，且天气晴朗可见度高。

为什么我们要了解和研究红色精灵呢？其实不光是它们壮丽奇异的景象吸引了我们的眼球，还因为它一方面可能通过释放大量辐射能量和改变大气中氮氧化物含量，对大气层结构和组成造成影响，进而影响大气环境和气候；另一方面，研究红色精灵可以加深闪电对临近空间安全影响的认识，提供临近空间气象保障，助力未来临近空间资源开发，抢占战略高地。

现今，红色精灵对我们而言依旧充满神秘，有许多未知与前景等待我们去发现和探索，随着科技的发展，相信我们能够逐渐揭开它的神秘面纱。此外，在中高层放电现象中，除了红色精灵，还有巨大喷流、蓝色喷流、鬼火精灵等，它们比红色精灵更为罕见，形态与具体形成机制也各具特色，希望大家有幸能够亲眼目睹这些神秘的大气奇观！