飛機上的聖艾爾摩之火
飛機上的聖艾爾摩之火
伍楚穎
2019年12月
自從人們建造船隻航行，有時會在船上觀測到神秘藍色或紫色的發光球體，如同火焰一般。船員把這些光當成是神靈的顯現，並且相信會帶來好兆頭。在西方國家，人們認為這位神靈是在三世紀守護船員的意大利聖人—聖艾爾摩，因此將這個“顯靈”的現象稱為"聖艾爾摩之火"。而在中國，由於海上的守護神是媽祖，於是人們把同樣的現象稱作"媽祖火"。
事實上，"聖艾爾摩之火"並不是真正的火焰，而是在大氣帶電的情況下﹙例如雷暴或者附近有火山爆發時﹚所發生的天氣現象。帶電的雲透過電場使地面和物體產生感應，使物體表面帶有電荷，從而令到在雲底和物體兩個電極之間的空氣承受很高的電壓。假如這個物體的形狀尖銳而凸出，如同船的桅杆那樣，受到感應產生的表面電荷會變得更為集中，而電壓也會變得更為強烈。這個原理被稱為尖端效應（詳見"勿做避雷針"）。當電壓變得足夠大的時候，物體周圍的空氣分子會被離子化，形成等離子體，讓電流通過。等離子體放電的時候，電壓的能量以發光的方式釋放出來。由於氮氣和氧氣是大氣中的主要成分，發出來的光通常為紫色和藍色，看起來很像火焰。
除了船舶之外，"聖艾爾摩之火"也很常發生在飛機的翼尖和前錐上。圖一的照片是在飛機駕駛艙內所攝，當時飛機正在雷暴附近飛行，擋風玻璃上出現了"聖艾爾摩之火"。雖然外表上看起來比較駭人，但其實"聖艾爾摩之火"本身通常是無害的，附近的空氣溫度也不高。在背後導致"聖艾爾摩之火"現象的大氣狀況（例如雷暴和火山灰）才是影響飛行安全的主要因素（詳見"空中路障 - 對流天氣對飛機的影響"和"監測火山灰"）。雖然如此，由於等離子體中的電流會產生磁場，如果磁場太強，會對飛機上的一些儀器造成短暫性的干擾，可能會造成測量的結果不準確或無線電傳輸出現故障。
為保障飛行安全，香港天文台的機場氣象所為香港飛行情報區內的航班提供危險天氣警告(SIGMET)和重要天氣圖，讓飛行人員能夠避免靠近危險（如雷暴和火山灰）區域。
參考資料：
[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