綜述

2023年7月，美國南達科他州的一場雷暴過后，夜空突然被染成令人不安的翠綠色。

無數民眾拍下這罕見的一幕，社交媒體迅速被“末日綠光”“外星異象”的猜測席卷，甚至有人聯想到已故物理學家霍金關于“地球將在200年內毀滅”的預言。

這綠色天空究竟是末日征兆，還是自然界的神奇杰作？科學家們用數據與實驗揭開了謎底。

霍金預言的誤讀

先說結論，“霍金預言說地球會變成綠色火球！”這類傳言其實是對霍金2010年BBC訪談的曲解。

當時霍金談論的是人類面臨核戰爭、氣候失控等風險時曾說：“如果不能控制住這些事情，地球可能會變成綠色的火球。”然而這句話被某些自媒體嫁接天文現象，炮制出“綠色天空是地球解體的前兆”等謠言。

并且，霍金的理論貢獻集中于黑洞輻射與量子引力領域，從未建立過與天空變色直接相關的模型。即便地球面臨極端氣候威脅，其視覺表現也應是全球性的紅外輻射增強（溫室效應）或氣溶膠遮蔽陽光（核冬天），而非局部綠光現象。

澳大利亞國立大學天體物理學家布拉德·塔克指出：“用霍金理論解釋綠色天空，就像用相對論分析菜譜——看似高深，實則荒誕。”

解碼極端天氣

拋開末日論調，綠色天空實則是大氣層上演的“光學戲劇”。

綠色天空并非首次出現。早在20世紀30年代，美國《氣象學雜志》就記載了俄克拉荷馬州的類似事件。經過近百年的研究，科學家終于破解了這個謎題的“三重密碼”。

第一重密碼：超級單體雷暴

綠色天空的誕生，離不開自然界最狂暴的天氣系統之一：超級單體雷暴（Supercell）。這種直徑可達16公里的垂直云塔，內部隱藏著精密的物理機制。美國國家氣象局（NWS）的雷達觀測顯示，其核心是持續旋轉的中氣旋——風速差超過20米/秒的上升氣流與下沉氣流交織，形成一個立體的能量泵。

在這一系統中，冰晶的奇幻漂流堪稱關鍵：

上升氣流以每秒10米的速度將水汽推向-40℃的對流層頂，瞬間凝華為冰核

冰晶在下沉氣流中裹挾液態過冷水，形成“冰-水混合云”。

反復升降的過程中，冰晶表面產生厚度僅0.01毫米的冰膜，成為理想的光波共振腔。

威斯康星大學的研究團隊通過風洞實驗發現，當冰晶直徑穩定在0.7-1.2毫米時，其幾何尺寸正好與綠光波長（532納米）形成共振，散射效率達到普通云滴的300倍。

這就是綠色天空總伴隨巨型冰雹的原因——2023年事件中，地面收集到的冰雹切面顯示，其內部層狀結構中嵌入大量此類標準尺寸冰晶。

第二重密碼：光的折返跑

即便在“對的環境”中，還需要“對的時機”。綠色天空的出現必須滿足太陽高度角低于地平線10°的條件，這相當于日落后25-40分鐘的黃金窗口期。此時陽光需以84°入射角斜射入云層，開啟一場精密的光學淘汰賽：

長路徑篩選：光線以傾斜角度穿透云層時，實際行進距離超過50公里（是垂直入射的5倍）。

米氏散射主導：直徑接近光波長的冰晶開始選擇性散射綠光（瑞利散射在此時已可忽略）。

偏振增強效應：多次散射使綠光偏振度達65%，顯著提升人眼敏感度。

科羅拉多大學的光學模擬顯示，若云層厚度減少20%，或太陽角度偏離2°，綠光強度將衰減90%以上。這也是該現象如此罕見的原因——只有當天時地利達成完美平衡，才能觸發這場“光學奇跡”。

第三重密碼：大氣濾光片

在綠光形成的最后階段，地球大氣本身也參與“調色”。科學家通過光譜分析發現了雙重過濾機制：

上層濾除藍紫光

距離地面20-30公里的臭氧層，會強烈吸收波長小于450納米的藍紫光。當陽光斜穿大氣時，紫外波段能量被“攔截”轉化，使得穿透云層的藍光比例驟降至不足5%。

下層攔截紅光

云底聚集的液態水滴直徑約0.5毫米，對600納米以上的紅光近乎“貪婪”——紅光在水滴中經歷的吸收路徑是綠光的3.2倍，能量衰減達80%以上。這就像在云層下方安裝了紅色濾光片。

最終，經臭氧層“修剪”和水滴“過濾”后，532納米波段的綠光從競爭中勝出。利用高分辨率光譜儀觀測顯示，此時綠光強度可達藍光的7倍、紅光的11倍，形成強烈的視覺沖擊。有趣的是，這恰好與軍用激光指示器的532納米波長重合，難怪目擊者形容“像有外星飛船在云層后打信號燈”。

從猜測到定論

為了驗證這一理論，NASA在2021年啟動“天空色譜計劃”。當研究人員在猶他州人工引雷觸發雷暴后，激光雷達捕捉到震撼一幕：云層中漂浮的冰晶，在特定角度下形成無數微型“綠光發射器”。通過比對17次實驗數據，科學家得出關鍵公式：

綠光強度= (冰晶濃度×云層厚度×cosθ) / (紅光吸收系數×藍光衰減率)

該公式成功預測了2023年綠色天空的持續時間和色度值，將這一現象從氣象奇觀升級為可量化研究的物理模型。正如項目負責人瑪格麗特·利文斯頓所說：“自然界早把解題過程寫在云層里，我們只是破譯了它的方程式。”

結語

從古至今，異常天象總被嵌入文化想象的敘事——瑪雅人將日食視為神怒，中世紀歐洲將彗星解讀為災兆，而今霍金預言被斷章取義地營銷。這種思維慣性背后，是對復雜系統缺乏認知工具的本能恐懼。

現代科學早已賦予我們更強大的解碼器，那些"詭異天象"便從神秘傳說變成了認識地球系統演化的鑰匙。

正如《自然》雜志在氣候特刊中所說："人類對異常現象的探索，本質是丈量自身認知邊界的遠征。"