飞机上的圣艾尔摩之火
飞机上的圣艾尔摩之火
伍楚颖
2019年12月
自从人们建造船只航行，有时会在船上观测到神秘蓝色或紫色的发光球体，如同火焰一般。船员把这些光当成是神灵的显现，并且相信会带来好兆头。在西方国家，人们认为这位神灵是在三世纪守护船员的意大利圣人—圣艾尔摩，因此将这个“显灵”的现象称为"圣艾尔摩之火"。而在中国，由于海上的守护神是妈祖，于是人们把同样的现象称作"妈祖火"。
事实上，"圣艾尔摩之火"并不是真正的火焰，而是在大气带电的情况下﹙例如雷暴或者附近有火山爆发时﹚所发生的天气现象。带电的云透过电场使地面和物体产生感应，使物体表面带有电荷，从而令到在云底和物体两个电极之间的空气承受很高的电压。假如这个物体的形状尖锐而凸出，如同船的桅杆那样，受到感应产生的表面电荷会变得更为集中，而电压也会变得更为强烈。这个原理被称为尖端效应（详见"勿做避雷针"）。当电压变得足够大的时候，物体周围的空气分子会被离子化，形成等离子体，让电流通过。等离子体放电的时候，电压的能量以发光的方式释放出来。由于氮气和氧气是大气中的主要成分，发出来的光通常为紫色和蓝色，看起来很像火焰。
除了船舶之外，"圣艾尔摩之火"也很常发生在飞机的翼尖和前锥上。图一的照片是在飞机驾驶舱内所摄，当时飞机正在雷暴附近飞行，挡风玻璃上出现了"圣艾尔摩之火"。虽然外表上看起来比较骇人，但其实"圣艾尔摩之火"本身通常是无害的，附近的空气温度也不高。在背后导致"圣艾尔摩之火"现象的大气状况（例如雷暴和火山灰）才是影响飞行安全的主要因素（详见"空中路障 - 对流天气对飞机的影响"和"监测火山灰"）。虽然如此，由于等离子体中的电流会产生磁场，如果磁场太强，会对飞机上的一些仪器造成短暂性的干扰，可能会造成测量的结果不准确或无线电传输出现故障。
为保障飞行安全，香港天文台的机场气象所为香港飞行情报区内的航班提供危险天气警告(SIGMET)和重要天气图，让飞行人员能够避免靠近危险（如雷暴和火山灰）区域。
参考资料：
[1] Callback from NASA's Aviation Safety Reporting System, 2006: St. Elmo's Fire – And Aftermath, No. 322.
[2] N. Shaw, 1936: Manual of Meteorology, Vol. 2, Comparative Meteorology, 2nd ed.
[3] C.D. Ahrens, 2002: An Introduction to Weather, Climate, and the Environment, Meteorology Today, 7th ed.
[4] "St. Elmo's Fire as we pass a squall line on the approach" Tweet by Everyday Airline Pilot
[1] Callback from NASA's Aviation Safety Reporting System, 2006: St. Elmo's Fire – And Aftermath, No. 322.
[2] N. Shaw, 1936: Manual of Meteorology, Vol. 2, Comparative Meteorology, 2nd ed.
[3] C.D. Ahrens, 2002: An Introduction to Weather, Climate, and the Environment, Meteorology Today, 7th ed.
[4] "St. Elmo's Fire as we pass a squall line on the approach" Tweet by Everyday Airline Pilot