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科学家探索雷电利用 用引雷火箭造出闪电奇观(图)

  人工引雷的实验,使得人类控制雷电、利用雷电的部分设想变成现实。但利用雷电能量作为能源的想法,仅仅还停留在研究层面。对于如此巨大的瞬时能量,暂时还没有好的方法来予以存储和利用。

  近段时间以来,频繁的雷雨天气给全国不少城市都带来了麻烦,上百航班延误、城市交通拥堵加剧,江西一家烟花厂还因为雷电击中原料库引发爆炸,导致3人死亡。

  雷电这种伴有雷鸣和闪电的放电现象,人们对其有着神秘而又令人生畏的印象。如何对雷电施加影响和利用,减少气象灾害,这是气象学界长期以来关注的问题。而人工引雷所取得的进展,似乎正在为解决这些问题提供有效的思路。

  人工引雷干预灾害天气

  人类对雷电最早的科学研究来自于“不要命的疯子”——本杰明·富兰克林,他于1752年6月在费城完成的“风筝实验”仍存在于现在的教科书之中,这项实验也证明了闪电是一种电流。

  在这之后的200多年里,许多科研工作者投身到雷电研究中,并发展出一整套雷电预测、观察及防范的科学体系。但是,人们至今只是对雷电的基本物理过程有了一定认识,还有许多问题仍有待解决。

  在研究雷电领域中,人工引雷作为一种技术或手段发挥了不小的作用。

  “雷电发生的随机性很大,早期人们很难对其有系统的观察方法,认知也非常有限,人工引雷技术的应用,倒是提供了一种不错的研究方法。”中国科学院寒区旱区环境与工程研究所(以下简称中科院寒旱所)研究员余晔在接受《中国科学报》记者采访时谈到。

  在我国,中科院寒旱所研究人员曾利用人工引发雷电技术,对雷电流及其电磁场进行了多年野外实验。#p#分页标题#e#

  比如,在我国甘肃省的平凉地区,由于地处六盘山东麓,这个地区常常出现强对流天气,下冰雹的机会较多。在那里,余晔及其团队研究发现,当地下冰雹之前的几分钟,常伴有雷电出现。

  他们就试图通过人工引雷的方式,使得雷电提前释放,这样会让冰雹体积缩小,从而减小冰雹的危害程度,同时,还可以做短时的冰雹预警。余晔说:“那时做人工引雷,主要和雷电防灾相关,目的在于将灾害可能引发的损失降到最低。”

  相关的模拟计算也表明,对冰雹云进行人工引雷可以使冰雹削减、降水增加。这样在一定条件下,人工引雷有可能成为人工影响天气过程的一个有效手段。

  美国佛罗里达大学的科学家用引雷火箭制造出闪电奇观。

  -记者童岱

  火箭引雷洞悉雷电内在

  “人工引雷能够让科研人员有机会接近这种奇特的自然现象,通过这种技术手段,去了解雷电发生机制及物理过程。”中国气象局国家气象中心雷电灾害防护专家陈善敏在接受《中国科学报》记者采访时表示。

  他谈到,人工引雷的概念,可能对于一般人而言比较模糊,事实上这就是人工消雷的方式之一。像很多高层建筑上的避雷针,就是人工引雷的一种,将雷电以人为提前设计的路径将其引到地下,防止雷电可能产生的危害。

  “科研人员做人工引雷的实验,不仅仅是为了防灾,还‘另有所图’。”余晔说,这主要能起到两方面的作用,一方面是可以观测雷电是如何形成的、需要具备哪些条件,从而观察雷电从诞生前到释放的特性;另一方面,这种实验可以观测到雷电释放的电流强度,以及电磁场强度,还有雷电对电子设备的影响。#p#分页标题#e#

  余晔及其团队过去做过火箭引雷的相关实验,主要采用火箭导线引雷技术。

  人工引雷火箭拖着一条细细的金属丝导线,这是引雷的关键。导线一般采用直径为毫米级别的金属丝,导线的长度大约为几百米,一般被绕在一个线轴上。线轴的绕制是一项比较精细的工作,绕线质量的好坏直接关系到拉线的成功率。

  引雷火箭导线要有足够的抗拉强度,要细要轻,以减轻火箭的负荷,而且导线表面要光滑,以减小飞行阻力。

  “为了增加金属丝的机械强度及耐火强度,需要在钢丝外面包上一层尼龙绳。正是有了尼龙绳,我们可以观测雷电击穿物体的过程。”余晔说。

  火箭飞向“雷区”,当雷电触发时,金属丝可以将雷电引导到目标物。此外,在铁塔上方会装载相关的电子仪器和测量设备,借此,可以对雷电防护装置的性能进行综合试验和评估。

  利用雷电能还很遥远

  人工引雷的实验,既然能使人类控制雷电、利用雷电的部分设想变成现实,那利用雷电能量是否也有可能呢?毕竟雷电所带来的巨大能量,总是令人心仪。

  对此,陈善敏表示,雷电能是清洁能源这毫无疑问,国内外的相关研究机构都在做这方面的科研。但至今还没有实质性的进展,这主要是因为雷电能的搜集方法太困难,如此巨大的瞬时能量对于设备的耐受要求非常高。

  中国科学院大气物理研究所研究员郄秀书曾对媒体表示,雷电的峰值功率很大,持续时间又很短,所以总的能量并不是很强。在她看来,至少在现阶段,雷电能量利用的意义并不是很大。

  余晔谈到,新能源都存在一些有待完善的问题。比如,风能的特点就是不稳定,风速时快时慢,而雷电能作为一种瞬时能量就更没法谈是否稳定了。“最大的技术难点在于,雷电发生后,这个能量如何储存,这对于能量存储设备的要求是非常高的,只有解决这个问题后,才可能解决后续的应用问题。”#p#分页标题#e#

  此外,太阳能的特点之一就是目前的转化效率不够高,雷电能也面临这个问题,究竟能将转化效率的百分比提高到多少,这个也是决定雷电能是否值得应用推广的条件之一。

  延伸阅读

  雷电也有友善的一面

  雷电并非只有危险的一面,对于人类来说,它有着不可抹杀的功绩,只是人们了解得不多而已。原因在于不够“直接”,可以说,雷电的功绩,是大自然对人类的恩赐。

  制造氮肥

  雷电过程离不了闪电,闪电的温度是极高的,还会造成高电压。在高温、高电压条件下,空气分子会发生电离,等它们重新结合时,其中的氮和氧就会化合为亚硝酸盐和硝酸盐分子,并溶解在雨水中降落地面,成为天然氮肥。

  据测算,全球每年仅因雷电落到地面的氮肥就有四亿吨。如果这些氮肥全部落到陆地上,等于每亩地面施了约两公斤氮素,相当于十公斤硫酸铵。

  促进生物生长

  雷电在发生时,地面和天空间电场强度可达到每厘米万伏以上。受这样强大的电位差的影响,植物的光合作用和呼吸作用增强,因此,雷雨后一两天内,植物生长和新陈代谢特别旺盛。

  有资料显示,利用闪电刺激农作物,可以发现豌豆提早分枝,而且分枝数目增多,开花期也早了半个月;玉米抽穗提早了7天;而白菜增产了15%~20%。不仅如此,如果作物生长期能遇上5~6场雷雨,其成熟期也将提前7天左右。

  制造负氧离子

  负氧离子又称空气维生素,可以起到消毒杀菌、净化空气的作用。在雷雨后,空气中高浓度的负氧离子,使得空气格外清新,人们感觉心旷神怡。

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