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世界引雷成功率60%,中國破紀錄引雷成功率超70%,可開發雷能量

2024-08-26科學

導讀:

2023年六月十八號,中國氣象局在廣東從化,進行雷電野外科學實驗。

當年上午,氣象局就檢測到一股雷暴形成,從西南方向往東北方向移動。

十二點四十分的時候,雷暴進入試驗場,首先出現降雨,很快地面電場的強度就開始不斷的攀升。

在十二點五十七分的時候,科研團隊抓住機會, 在十五分鐘內,成功觸發雷電五次 。

從這個時間開始,科研團隊一直到六月二十五號的時候, 一共觸發雷電二百一十四次 ,得到了很多關鍵性的數據。

這個實驗基地從2006年就開始對野外雷電進行了研究, 十九年過去了,引雷的經驗是極其豐富,

其實中國很早就開始進行引雷實驗, 首次成功引雷是在1977年 ,到現在已經發展了半個多世紀了。

放眼全球, 中國的引雷技術的成功率已經超過了70% ,遠遠超過世界其他國家的水平,處於領先水平。

今天就來說說雷和引雷的相關事情。

對雷的認識

說到雷,很多人首先想到的是美國的物理學家 本傑明.富蘭庫林

因為在語文課本上對他和他的事跡就有介紹,1752年的那場風箏實驗,讓很多人記憶猶新。

但實際上,最早開始對雷的研究是從中國人開始的。

中國人一說到雷電,從古至今對其就充滿了敬畏,連【論語】中都有說明, 一旦遇到雷電,就要正襟危坐 ……

那麽到了東漢時期,出了一位厲害人物,叫 王充

王充對於雷電是這麽解釋的,他認為 雷電是一聲一氣,當天地陰陽相互爭鬥的時候,就會發生劇烈的摩擦,對抗,最終就會以閃電的形式出現在世人的面前。

再來看看如今以科學研究的結論,人們對雷電的解釋。

所謂雷電,首先是因為 冷暖氣流相遇 ,這個時候暖空氣就會上升,冷空氣就會下降。

於是冷空氣中的 冰晶 和暖空氣中的 水滴 ,在相遇之後會發生摩擦碰撞,然後 分開

這個時候,就會讓雲層帶上了凈電荷。而暖空氣會攜帶重量較輕的 冰晶上升 同品質的水變成冰,體積變大,密度會變小 ), 冰晶帶有正電荷 。

較重的冰水混合物攜帶負電荷下沈,到達雲層的中部和底部

所以一朵雲會呈現出上層正電,中下層負電的現象,當電荷不斷累積, 電位差就會逐漸的加大,最終就產生了雷電

而初中老師為了讓學生更好的理解雷電形成的本質,會這麽說, 兩朵雲攜帶不同的電荷,在移動的過程中發生摩擦,就像摩擦生電一樣,產生了電火花,雷電就產生了。

三種解釋,有著異曲同工之妙,很難理解王充居然在沒有任何科學手段的前提下,就已經摸到了 雷電的本質 ,更加難能可貴的是,他還是東漢時期的人物。

後世對於王充的評價是 ,具有近代實驗科學精神的超前思想家

在那個年代,他就解釋了雷電殺人現象—— 人在木下屋間,偶中者死矣。

還得出結論—— 雷則,火也

他所著的【論衡】是一部唯物主義著作,被梁啟超稱之為漢代奇書。

接著說雷電的事情。

雷電其實就是一種放電現象,它可以分為兩種, 一種叫雲閃 ,雷電發生在雲內、雲間或者空氣中; 另一種叫地閃 ,雷電打帶了地面上。

目前研究雲閃和地閃的比例是3:1。

從這裏就可以知道,雷電對人類的傷害主要是因為地閃。

每年中國遇到雷電襲擊, 造成的人員傷亡就高達三千到四千人,財產的損失更是達到了五十億到一百億元之間。

所以有時候,聽到雷聲,不要以為沒事。沒有遇到地閃還好,一旦遇到了麻煩可就大了。

雖然雲閃和地閃的比例是3:1,看似地閃的比例少點,但架不住雷電的次數很多。

根據科學推斷, 全球每年發生的雷電次數超過了十四億次,三比一的比例,所以地閃發生的次數都有三億多次。

根據不完全統計,全球每分鐘會遭遇 兩千次雷擊 ,每年造成的直接經濟損失就有 十億美元

而且雷電的長度也是相當驚人的, 最短的有一百米,最長的可以達到幾公裏。

有記錄,在2018年的十月三十一號的時候,位於巴西南部出現了一道超級長的閃電,長度橫向延伸出了 七百零九公裏

這個數位是什麽概念?從武漢到上海的路程。

遇到這樣的雷電,如果還向地面延伸形成地閃,想想看他的破壞力?

來看看雷電是如何破壞的?

雷電中的電,很多人都知道,認為是電產生了破壞力。

其實電有高有低,真正讓雷電具有破壞力的是溫度,就像王充說的雷者,火也。

雷電的溫度最低都有一萬七千度,最高可以超過兩萬八千度,這個溫度可是太陽表面溫度的三到五倍。

這也是為什麽,雷電擊中金屬之後,會出現融化現象的原因。

那麽雷電的強度是有多大呢?

速度高達一秒五萬公裏,電流超過一萬安。

而且每次雷電發生的時候,第一次打下,當雲層的電量足夠的情況下,還會進行兩到三次的電擊。

如何規避雷電的傷害?

說道規避雷電傷害,就會想到避雷針。

而現代避雷針是美國科學家富蘭庫林發明的,他的靈感就來源於風箏實驗。

原理也簡單, 將一根幾米長的細鐵棒立在建築物頂部,然後用絕緣物將鐵棒和建築物隔離開

接著用導線將細鐵棒和大地進行連線,一根避雷針就做好了

其實避雷針要說到中國,很早之前就有了。

比如在唐代的【炙轂子】中就有這麽一段記載,說當時漢朝時期的一座建築遭遇到了雷火,這就面臨如何避免以後再遇到此類事件的問題。

於是一位巫師站出來提了一個建議,將一塊魚尾形狀的銅瓦放置在屋頂上,這樣就可以避免雷火。

這也算是避雷針的一個雛形。

在更早之前,裝飾的龍頭中的嘴裏也有避雷針,這件事法國旅行家在1688年所著的【中國新事】中就有記載。

龍頭一般是仰起的,龍口是蜿蜒的金屬舌頭,伸向天空,在舌根下是一根細鐵絲,通入地下。

還說明了功能, 就是為了引雷電入地,避免房屋被雷電擊中。

所以不說【炙轂子】中提到的事,在中國古代其實就已經有了避雷針,原理和現代避雷針是一樣的。

避雷針的套用是很好,但也有 局限性

比如避雷針的有效範圍是有限的, 一根長度為十米的避雷針,保護的範圍也就是方圓十米的距離。

那麽一旦遇到大型建築物的話,避雷針的長度就會呈現一種誇張的增長趨勢。

比如機場這樣的建築,豎立起上百米長的避雷針,那麽讓飛機情何以堪?

這個時候,就需要 主動引導雷電 ,規避雷電襲擊建築物的事情發生。

從上個世紀六十年代開始,這種想法就被紐曼和布魯克兩位科學家給提了出來,為此他們還進行了各種實驗。

依據避雷針的原理,用金屬將雷電進行引導。

避雷針的金屬是固定的,只能被動接受劈下來的雷電,如果想要主動引導,那麽金屬就需要一個活動的物體來背負起來。

有了想法就行動,於是兩位科學家在 1965年的時候,利用火箭拖著導線,射入雲層進行引導雷電。

實驗可以說是非常的成功,但這種方法的成本實在是高昂,而且火箭的碎片掉落下來,還會造成不必要的麻煩。

但不管怎麽說,這次成功的引雷行動,還是給與世界各國的科學家動力。

此後法國、中國、日本、巴西等國也相繼成功的將雷電引導了下來。

上文提到過中國在1977年首次引雷成功,當時使用了土火箭。

直到1989年, 中國這才制作出了專用引雷火箭 ,並引雷成功。

到了2008年的時候,成功研發出了擁有 自主智慧財產權的人工引雷火箭系統 。

從這裏開始,中國的引雷實驗這才走上了一個大跨步的前進道路。

小知識:

雷雨天打電話,會把雷電吸引過來嗎?

答案是 不會

發生雷電時,尤其是地閃發生的時候,這種電流依然會遵從電流導向規律, 電阻越小,越高出地面的物體,就越容易引起雷電的註意 ,而將雷電吸引過去。

在地上面,電阻很小的物體包括,金屬、樹木、甚至是人體,這三樣物體的電阻比空氣都小。

所以這些東西突兀的出現在地面上,最容易吸引雷電的。

比如避雷針的原理就是這樣的。

那麽帶在身上的手機如果能引起人體的電阻變小,也會增加吸引雷電的能力。

但事實上 手機因為太小,他對人體電阻的變化幾乎沒有影響 ,而且人在打電話的時候, 舉起手機的位置是位於耳朵邊上的,並沒有高於人體。

再說打電話的時候,電話通訊使用的是 電磁場進行傳遞的 ,電磁場和雷電的放電通道可不是一個通道。

基於這三個原因,就得出結論,打電話是不會增加被雷擊的機率。

雷電的利用

其實對於雷電的利用,很早就開始了。

畢竟雷電的能量太過巨大了 ,超過一萬安的電流,短則一百米,長著幾百公裏,能量堪稱巨大。

而且每年全球放雷電的次數就有十四億次。

所以科學家們早就想到了,如果能把這些雷電儲存起來,這將是一筆非常可怕的能量,而且還是完全免費的。

但現在這個課題有很多麻煩問題。

比如雷電發生的時間、地點、強度都是不可預測的 ,這就導致了雷電的收集效率變的很低。

要知道任何一項可以投入到生活中的產品,效率低就意味著成本高,成本高就意味著根本就沒有推廣價值。

再有就是雷電的能量是大,但它僅僅是一種 瞬時的強功率 ,所以在收集的一瞬間,裝置就要面臨極大的考驗,收集的難度會成倍增長。

當然隨著引雷的技術不斷的發展,再加上其他輔助技術的成熟,或許會解決這些問題。

到時候,生活中人們也許就能用上雷電來進行服務了。