导读:
2023年六月十八号,中国气象局在广东从化,进行雷电野外科学实验。
当年上午,气象局就检测到一股雷暴形成,从西南方向往东北方向移动。
十二点四十分的时候,雷暴进入试验场,首先出现降水,很快地面电场的强度就开始不断的攀升。
在十二点五十七分的时候,科研团队抓住机会, 在十五分钟内,成功触发雷电五次 。
从这个时间开始,科研团队一直到六月二十五号的时候, 一共触发雷电二百一十四次 ,得到了很多关键性的数据。
这个实验基地从2006年就开始对野外雷电进行了研究, 十九年过去了,引雷的经验是极其丰富,
其实中国很早就开始进行引雷实验, 首次成功引雷是在1977年 ,到现在已经发展了半个多世纪了。
放眼全球, 中国的引雷技术的成功率已经超过了70% ,远远超过世界其他国家的水平,处于领先水平。
今天就来说说雷和引雷的相关事情。
对雷的认识
说到雷,很多人首先想到的是美国的物理学家 本杰明.富兰克林 。
因为在语文课本上对他和他的事迹就有介绍,1752年的那场风筝实验,让很多人记忆犹新。
但实际上,最早开始对雷的研究是从中国人开始的。
中国人一说到雷电,从古至今对其就充满了敬畏,连【论语】中都有说明, 一旦遇到雷电,就要正襟危坐 ……
那么到了东汉时期,出了一位厉害人物,叫 王充 。
王充对于雷电是这么解释的,他认为 雷电是一声一气,当天地阴阳相互争斗的时候,就会发生剧烈的摩擦,对抗,最终就会以闪电的形式出现在世人的面前。
再来看看如今以科学研究的结论,人们对雷电的解释。
所谓雷电,首先是因为 冷暖气流相遇 ,这个时候暖空气就会上升,冷空气就会下降。
于是冷空气中的 冰晶 和暖空气中的 水滴 ,在相遇之后会发生摩擦碰撞,然后 分开 。
这个时候,就会让云层带上了净电荷。而暖空气会携带重量较轻的 冰晶上升 ( 同质量的水变成冰,体积变大,密度会变小 ), 冰晶带有正电荷 。
而 较重的冰水混合物携带负电荷下沉,到达云层的中部和底部 。
所以一朵云会呈现出上层正电,中下层负电的现象,当电荷不断累积, 电位差就会逐渐的加大,最终就产生了雷电 。
而初中老师为了让学生更好的理解雷电形成的本质,会这么说, 两朵云携带不同的电荷,在移动的过程中发生摩擦,就像摩擦生电一样,产生了电火花,雷电就产生了。
三种解释,有着异曲同工之妙,很难理解王充居然在没有任何科学手段的前提下,就已经摸到了 雷电的本质 ,更加难能可贵的是,他还是东汉时期的人物。
后世对于王充的评价是 ,具有近代实验科学精神的超前思想家 。
在那个年代,他就解释了雷电杀人现象—— 人在木下屋间,偶中者死矣。
还得出结论—— 雷则,火也 !
他所著的【论衡】是一部唯物主义著作,被梁启超称之为汉代奇书。
接着说雷电的事情。
雷电其实就是一种放电现象,它可以分为两种, 一种叫云闪 ,雷电发生在云内、云间或者空气中; 另一种叫地闪 ,雷电打带了地面上。
目前研究云闪和地闪的比例是3:1。
从这里就可以知道,雷电对人类的伤害主要是因为地闪。
每年中国遇到雷电袭击, 造成的人员伤亡就高达三千到四千人,财产的损失更是达到了五十亿到一百亿元之间。
所以有时候,听到雷声,不要以为没事。没有遇到地闪还好,一旦遇到了麻烦可就大了。
虽然云闪和地闪的比例是3:1,看似地闪的比例少点,但架不住雷电的次数很多。
根据科学推断, 全球每年发生的雷电次数超过了十四亿次,三比一的比例,所以地闪发生的次数都有三亿多次。
根据不完全统计,全球每分钟会遭遇 两千次雷击 ,每年造成的直接经济损失就有 十亿美元 。
而且雷电的长度也是相当惊人的, 最短的有一百米,最长的可以达到几公里。
有记录,在2018年的十月三十一号的时候,位于巴西南部出现了一道超级长的闪电,长度横向延伸出了 七百零九公里 。
这个数字是什么概念?从武汉到上海的路程。
遇到这样的雷电,如果还向地面延伸形成地闪,想想看他的破坏力?
来看看雷电是如何破坏的?
雷电中的电,很多人都知道,认为是电产生了破坏力。
其实电有高有低,真正让雷电具有破坏力的是温度,就像王充说的雷者,火也。
雷电的温度最低都有一万七千度,最高可以超过两万八千度,这个温度可是太阳表面温度的三到五倍。
这也是为什么,雷电击中金属之后,会出现融化现象的原因。
那么雷电的强度是有多大呢?
速度高达一秒五万公里,电流超过一万安。
而且每次雷电发生的时候,第一次打下,当云层的电量足够的情况下,还会进行两到三次的电击。
如何规避雷电的伤害?
说道规避雷电伤害,就会想到避雷针。
而现代避雷针是美国科学家富兰克林发明的,他的灵感就来源于风筝实验。
原理也简单, 将一根几米长的细铁棒立在建筑物顶部,然后用绝缘物将铁棒和建筑物隔离开 。
接着用导线将细铁棒和大地进行连接,一根避雷针就做好了 。
其实避雷针要说到中国,很早之前就有了。
比如在唐代的【炙毂子】中就有这么一段记载,说当时汉朝时期的一座建筑遭遇到了雷火,这就面临如何避免以后再遇到此类事件的问题。
于是一位巫师站出来提了一个建议,将一块鱼尾形状的铜瓦放置在屋顶上,这样就可以避免雷火。
这也算是避雷针的一个雏形。
在更早之前,装饰的龙头中的嘴里也有避雷针,这件事法国旅行家在1688年所著的【中国新事】中就有记载。
龙头一般是仰起的,龙口是蜿蜒的金属舌头,伸向天空,在舌根下是一根细铁丝,通入地下。
还说明了功能, 就是为了引雷电入地,避免房屋被雷电击中。
所以不说【炙毂子】中提到的事,在中国古代其实就已经有了避雷针,原理和现代避雷针是一样的。
避雷针的应用是很好,但也有 局限性 。
比如避雷针的有效范围是有限的, 一根长度为十米的避雷针,保护的范围也就是方圆十米的距离。
那么一旦遇到大型建筑物的话,避雷针的长度就会呈现一种夸张的增长趋势。
比如机场这样的建筑,竖立起上百米长的避雷针,那么让飞机情何以堪?
这个时候,就需要 主动引导雷电 ,规避雷电袭击建筑物的事情发生。
从上个世纪六十年代开始,这种想法就被纽曼和布鲁克两位科学家给提了出来,为此他们还进行了各种实验。
依据避雷针的原理,用金属将雷电进行引导。
避雷针的金属是固定的,只能被动接受劈下来的雷电,如果想要主动引导,那么金属就需要一个活动的物体来背负起来。
有了想法就行动,于是两位科学家在 1965年的时候,利用火箭拖着导线,射入云层进行引导雷电。
实验可以说是非常的成功,但这种方法的成本实在是高昂,而且火箭的碎片掉落下来,还会造成不必要的麻烦。
但不管怎么说,这次成功的引雷行动,还是给与世界各国的科学家动力。
此后法国、中国、日本、巴西等国也相继成功的将雷电引导了下来。
上文提到过中国在1977年首次引雷成功,当时使用了土火箭。
直到1989年, 中国这才制作出了专用引雷火箭 ,并引雷成功。
到了2008年的时候,成功研发出了拥有 自主知识产权的人工引雷火箭系统 。
从这里开始,中国的引雷实验这才走上了一个大跨步的前进道路。
小知识:
雷雨天打电话,会把雷电吸引过来吗?
答案是 不会 。
发生雷电时,尤其是地闪发生的时候,这种电流依然会遵从电流导向规律, 电阻越小,越高出地面的物体,就越容易引起雷电的注意 ,而将雷电吸引过去。
在地上面,电阻很小的物体包括,金属、树木、甚至是人体,这三样物体的电阻比空气都小。
所以这些东西突兀的出现在地面上,最容易吸引雷电的。
比如避雷针的原理就是这样的。
那么带在身上的手机如果能引起人体的电阻变小,也会增加吸引雷电的能力。
但事实上 手机因为太小,他对人体电阻的变化几乎没有影响 ,而且人在打电话的时候, 举起手机的位置是位于耳朵边上的,并没有高于人体。
再说打电话的时候,电话通讯使用的是 电磁场进行传递的 ,电磁场和雷电的放电通道可不是一个通道。
基于这三个原因,就得出结论,打电话是不会增加被雷击的概率。
雷电的利用
其实对于雷电的利用,很早就开始了。
毕竟雷电的能量太过巨大了 ,超过一万安的电流,短则一百米,长着几百公里,能量堪称巨大。
而且每年全球放雷电的次数就有十四亿次。
所以科学家们早就想到了,如果能把这些雷电存储起来,这将是一笔非常可怕的能量,而且还是完全免费的。
但现在这个课题有很多麻烦问题。
比如雷电发生的时间、地点、强度都是不可预测的 ,这就导致了雷电的收集效率变的很低。
要知道任何一项可以投入到生活中的产品,效率低就意味着成本高,成本高就意味着根本就没有推广价值。
再有就是雷电的能量是大,但它仅仅是一种 瞬时的强功率 ,所以在收集的一瞬间,设备就要面临极大的考验,收集的难度会成倍增长。
当然随着引雷的技术不断的发展,再加上其他辅助技术的成熟,或许会解决这些问题。
到时候,生活中人们也许就能用上雷电来进行服务了。