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2022年7月份的一个晚上,山东滨州出现一道雷光,直插地面,场面之壮观,就像仙人在“渡劫”。不过这道雷电和仙人并没有关系,而是滨州大气科学研究所在做的一场“引雷实验”。

“引雷”?为什么要引雷?难道这是某种气象武器?还是在用科学的方法重现修仙世界?别急,先听我慢慢道来。

人类为了认识雷电有多难?自古以来,人类就对天上的雷电充满好奇,古代的时候,每当天上雷声大作,人们总会把它和灾害吉凶联系在一起。

随着神话故事的兴起,雷电也有了神仙的形象,在东方,它是雷公电母,在西方它是雷神索尔。有了形象,就有信仰,有了信仰就有庙宇。自古以来,人们经常会祭拜这些天上的大神,以求年年风调雨顺。然而随着科学的进步,人们才发现,这些神话的背后,都只是一些自然现象而已。

雷电的产生就是大气中的放电现象,雷电的出现往往是伴随着乌云密布的景象,这些云层内部的水蒸气会凝结成冰晶或水滴,在这个过程中,这些颗粒之间会发生碰撞和摩擦,从而导致电子和正电子分离,云层内部就形成了静电场,产生了正电荷区域和负电荷区域。

当这些静电场达到一定的值的时候,就会产生放电现象,这就是闪电。在放电过程中,电流会在云层与云层之间,或者在云层与地面之间形成流通,这个过程中,电流附近的大气会被加热,从而产生剧烈的光合热,并且发出强烈的爆炸声。

作为自然产生的能量,雷电具有很高的电压,据说可以达到上亿伏,直接作用在地面上的话,大树能被劈成两半,人和动物能被劈死,电力系统能被雷电瘫痪。毫不夸张地讲,雷电可以算是人类认知极具破坏力的武器,同时也是一头难以驯服的野兽。

随着电气科学的诞生和普及,人们不仅可以自己创造电,同时也想研究天上的雷电,看看它是不是和人们使用的电一样,于是就产生了“引雷技术”。1752年,美国物理学家本杰明·富兰克林,他为了研究雷电,展开了一场“风筝实验”。

富兰克林为了研究雷电,在风筝的末端绑上金属钥匙,当风筝飞到雷雨云层后,闪电就出现在风筝附近,一道闪电之后,他发现风筝线上有一小段直立起来,就好像被一股透明的力量控制住一样。当富兰克林伸手去触碰钥匙的时候,金属钥匙迸发出一道火花,吓得他连忙把手收回去。在这次实验中,他发现自然产生的雷电,其实就和摩擦生电是一回事。

富兰克林的风筝实验虽然广为流传,但据说这件事到底存不存在,一直有争议,因为富兰克林的这次实验如果成功的话,他是必死无疑的。但不管怎么说,用风筝研究雷电,也算是开了先例。为后世提供了研究思路,但是据说后来有些科学家想要重复这个实验,结果有些被劈死了。那么为什么中国的这次引雷实验,就成功了呢?

中国是如何引雷的?富兰克林研究雷电的时候,之所以选择使用风筝,是因为在那个时代背景下,能够飞到天上的人们只能想到风筝。

雷电的出现,可以说是一种无法预测的现象,它什么时候出现、会出现在哪里,完全是随机的,因此在研究的时候产生了很大的阻碍。为了能够提高遇到雷电的几率,研究人员通常会选择在高大的建筑上等待自然雷电的发生。不过随着科技的进步,科学家也发明了人工引雷技术。

据记载,人工引雷的技术从上世纪六十年代就已经开始发展了,这项技术主要就是通过发射带有金属丝的火箭,把云层中的电流引到地面。其实和风筝实验也很相似,只不过就是把风筝换成了火箭。

人工引雷中使用到的金属丝特别关键,首先它要有足够的抗拉程度,并且要足够细、足够轻,这样才能减轻火箭发生升空时的阻力。在实际的引雷中,导线一般采用直径0.2毫米的细钢丝,为了增加钢丝的机械强度和耐火强度,钢丝外面还会包裹上一层尼龙。

引雷火箭一般采用复合材料,这样才能承受住雷区的复杂极端环境。而且为了让火箭掉下来的时候,不会砸伤附近的人员和房屋,火箭里面还安放了降落伞。

在火箭发射升空之后,引雷能否成功,和火箭的发射速度有很大的关系,最大速度要不能超过每秒190米,如果太快了,则有可能会把牵引的导线扯断,那实验就彻底没戏了。可是如果太慢,就会赶不上云层中带电粒子的移动速度,那样的话就会延误时机。

在国际上,早在1967年的时候,美国就在海上首次进行了人工引雷,而法国在1973年也实现了在陆地人工引雷。这项技术我国起步比较晚,差不多是在上世纪八十年代才开始研究并进行实验。1989年,中国科学院兰州高原物理研究所,首次实现了人工引雷,直到2009年,我国人工引雷一共成功了六十多次,并且在一些重点的雷灾区都取得了成功。

2022年这一次,研究团队依旧是用火箭和钢丝引雷,加上这一次的成功,我国的人工引雷已经成功了300多次,整体上的成功率达到了60%,虽然起步比较晚,但是放眼全世界,我们排在了第一。

那么问题来了,人类因为好奇雷电而研究雷电,这是能够理解的,但是很早以前雷电的形成原理人类也已经知道了,但是为什么至今还要锲而不舍地追着雷电不放,甚至不惜冒着生命危险、投入大量资金,来研究这个早已熟知的怪物?

人工引雷有什么价值?以前人们对雷电缺乏认知的时候,引雷的目的主要就是为了研究雷电形成机制,在对雷电有了更深的认识之后,再引雷就是为了利用或者控制雷电。

一直以来,全世界范围内因雷电而引起的灾害非常多,有些是人和动物被劈死了,有些是建筑被雷电破坏了,有些是让大面积的电力系统瘫痪了。尤其是随着城市建筑的不断升级,建筑高度不断增加,更容易在雷雨天气遭到雷击。

在人工引雷技术成熟之前,人们要预防雷击的办法主要就是在高楼建筑顶部安装避雷针。在雷雨天气,屋顶的避雷针可以将雷电,顺着导线引到地下,从而避免雷电的破坏。这种方式虽然可以产生一定程度的保护作用,但是保护范围很有限。因为雷电踪迹飘忽不定,有时候也不一定就会出现在有避雷针的地方。

而在人工引雷技术成熟之后,预防雷击的方式就比较灵活了。虽然雷电的出现地点无法预知,但是通过人工引雷,就可以直接给雷电规定路线,让雷电按照人的意愿降落到指定的地点,这样就可以避免雷电落在人员密集区域。而且在经过人工干预之后,云层的电荷也会减少,雷电天气也会有所缓解。

另外,雷电对育种也有帮助。据研究,人工引雷的地点附近,会产生强大的电磁辐射,这种辐射可能会诱发农作物种子的基因变异。如今育种科学家要研制变异种子,通常会选择太空育种的方式,但是太空育种成本太高,所以有了人工引雷技术的帮助,将会大幅度降低太空育种的成本。

除此之外,还有人觉得雷电也有可能为人类提供电能。我们都知道,闪电的的电压极高,少一点的有几百万伏,极端一些的可以达到上亿伏,这样的能量如果能够搜集起来,那对于人类来说将会是一比巨大的财富,说不定连传统的发电厂都会减少许多。

虽然理想很丰满,但是现实却很骨感。一般来说闪电的长度在几百米到几千米不等,大部分闪电产生的能量可以达到10亿焦耳,在闪电爆发的瞬间,所产生的的高温在1.7到2.8万摄氏度,这个温度甚至是太阳表面温度的3倍。如此强大的能量,就人类现在的技术而言,想要搜集雷电还是非常困难。

此前就有人尝试过用一种电容器搜集雷电,小规模实验的时候还可以,但是规模要扩大的话就很困难,不是说设备不行,而是要建设这样庞大规模的电容器,成本实在太高。

不过更多人感兴趣,应该还是将雷电用于军事领域,实现传说中的气象武器,还真别说,这点真有可能实现。雷电具有很强的破坏力,这个破坏力不仅体现在机械破坏上,也体现在对电子设备的破坏力上。很多时候,天上一阵闷雷闪过,就会造成大面积停电,就是受到了雷电的影响。

如果在战争中,有能力将雷电引到地方阵地,那就有可能破坏敌军的电子设备,而且雷电带来的高温,也有可能为敌军带来不小麻烦。在以前不好说,但是现在有了人工引雷技术,这个想法确实有点希望。

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