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 。
而 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。