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        齊天大圣的金箍棒來人間了?!

        2021-10-15 20:38:33李慧
        知識就是力量 2021年10期

        李慧

        7月12日,中國科學(xué)院大氣物理研究所開展人工引雷試驗,一枚火箭彈向高空發(fā)射出去,在接觸云層的瞬間,一根金色的光柱襲來,把天空都照亮成金黃色。網(wǎng)友們直呼,這畫面太美,仿佛齊天大圣的金箍棒來人間了!

        雷電:天上“神仙打架”

        我們平時看到的閃電大多為云中閃:正負電荷的碰撞好比“神仙大戰(zhàn)”,雖然激烈,但是不會對地面上的人和物造成危害。但是,如果不小心“劈”到地面上,就是云地閃了,它是雷擊事故的元兇。

        隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,電子、通信設(shè)備的廣泛應(yīng)用,雷擊及其強電磁輻射所造成的危害越來越嚴重。但人們對雷電發(fā)生機制、物理過程以及防護機理的認識仍然不足,這就需要強化對雷電及雷擊過程的研究。雷電野外科學(xué)試驗是認識雷電發(fā)生、發(fā)展的物理過程及其致災(zāi)機理的重要途徑,也是開展真實雷電電磁環(huán)境下雷電防護技術(shù)測試的重要方式。

        那么,雷電瞬間功率能有多大呢?據(jù)測算,閃電發(fā)生時,兩端平均電壓可以達到1000萬伏,功率可達10億千瓦。中國三峽水電站總裝機容量是2250萬千瓦,也就是說,雷電瞬間功率是三峽水電站的50倍左右。

        引雷場面恍若科幻大片

        人工引雷一般采用火箭拖曳導(dǎo)線的方式進行。但并不是每一次人工引雷都能夠成功。想要成功進行人工引雷試驗,需要天時、地利、人和。

        絕大部分雷電孕育于對流旺盛的雷暴云(發(fā)展到一定強度之后產(chǎn)生雷暴的積雨云)中,也就是“天時”。雷電發(fā)生前,雷暴云中會積聚大量電荷并形成不同極性的電荷區(qū),使雷暴云與地面之間形成空中電磁場,這也是建立放電“通道”的先決條件。

        中國氣象局雷電野外科學(xué)試驗基地引雷試驗現(xiàn)場(供圖/ 中國氣象科學(xué)研究院雷電研究團隊)

        所謂“地利”,是指一個大型引雷試驗場地,并配備相應(yīng)設(shè)施。

        一切就緒,引雷“主角”就要閃亮登場了——重約2千克、長約50厘米的小火箭,尾部拖曳著一根長長的鋼絲。

        最后,當(dāng)引雷火箭發(fā)射裝置觸發(fā)后,火箭以190米/秒的速度飛向頭頂?shù)睦妆┰茀^(qū)。上升到200~400米高度時,火箭頭部在空中強電場的作用下,產(chǎn)生上行先導(dǎo)并快速抵達雷暴云。先導(dǎo)產(chǎn)生后,不需要再借助火箭的推力,便可以超高速直沖云霄,將雷電引下來。雷電順著預(yù)設(shè)的引雷路徑,形成直直的強光閃電返回地面,這就是刷屏網(wǎng)絡(luò)的金色光束。

        人工引雷示意圖

        雖然我們沒法人工干預(yù)雷暴,一次人工引雷試驗?zāi)軌虿东@到的能量也不多,但雷電研究中仍有許多未解的奧秘需要去探索。比如雷電在云中的源頭、始發(fā)機制,雷電信息對災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警的重要意義等。此外,人工引雷應(yīng)用前景也非常廣闊。目前,不少行業(yè)對雷電防護的需求巨大,例如電力、通信、能源、交通、石化、林草等部門。這都需要繼續(xù)開展人工引雷試驗,并進行更多、更精細化的測試工作,使雷電防護工作更加精細和有的放矢。

        知識拓展

        人工引雷會影響雷暴云的放電頻率嗎?

        答案是否定的。

        一次典型的雷暴過程會有上千次云地閃發(fā)生,云中閃數(shù)量會更多。而現(xiàn)階段大多數(shù)的雷暴過程,可實施的人工引雷次數(shù)在幾次到十幾次之間,所中和的電荷量相對于雷暴中電荷產(chǎn)生的能量,可以忽略不計。從這個角度來說,現(xiàn)階段靠引雷改變自然雷暴中閃電放電頻率幾乎不可能。

        (責(zé)任編輯 / 高琳? 美術(shù)編輯 / 李子夜)

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