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人工引雷是什麼玩法?人類怎麼把高能雷電引到地上?

作者:翊學

7月11日午夜過後至12日中午,由于兩波強對流天氣的沖擊,中國中科院大氣實體研究所現場從業人員抓住機遇繼續戰鬥,多次火箭為人造閃電,天上落下巨大的金柱,引起極大的好奇心!

人工引雷是什麼玩法?人類怎麼把高能雷電引到地上?

人工閃電

說到閃電,這并不罕見,這是一種相當普遍的自然現象。據統計,每天有超過400萬次閃電擊中地球,但人們對這一戲劇性過程背後的實體學知之甚少。是以,為了更多地了解閃電,創造了人造閃電。所謂人工閃電,是指在雷暴環境中使用某些裝置和設施,在指定點人為觸發閃電,并将閃電引向預測位置進行科學測試。

人工引雷是什麼玩法?人類怎麼把高能雷電引到地上?

在早期,一組歐洲科學家首次故意觸發雷暴雲中的電活動。他們通過在雷暴時瞄準高功率雷射脈沖來做到這一點。閃電的早期是著名的本傑明·富蘭克林科學家。其中一個風筝實驗是本傑明·富蘭克林(Benjamin Franklin)對閃電的實驗,該實驗證明,天空中的閃電與人工摩擦産生的電具有完全相同的性質。現在,關于人造閃電的遊戲正變得越來越先進。那麼,人們現在是如何成為障礙的呢?

閃電火箭

說到閃電,就要說閃電火箭了。閃電火箭是一種吸引閃電,解開導體(如細銅線)并在上升時将閃電電荷傳導到地面的火箭。由此産生的雷擊稱為"觸發閃電"。

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當然,閃電火箭不僅僅是一枚火箭,它們是一個完整的系統。該系統包括一個專門設計的變送器,帶有導電避雷針和電線變送器,可以通過無線或通過氣壓管路控制到控制站,以防止變速器移動到控制裝置。

其中導電避雷針接地并放置在發射管旁邊,連接配接到導電通道,并且控制雷暴雲的時間和地點的火箭後面的導體可以是實體導線或發動機産生的電離氣柱。使用固體推進劑的閃電火箭可能會添加氡鹽,當廢氣從火箭中排出時,氡鹽會産生傳導路徑。在液體推進劑火箭中,氯化鈣溶液用于形成導電通道。

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銅線附着在地面上,并在火箭上升時從火箭中彈出。最初的影響遵循這條線,結果異常直接。由于導線在最初的撞擊中被蒸發,是以随後的撞擊基本上是傾斜的,并且遵循初始撞擊的電離痕迹。這種火箭用于雷電研究以及雷電控制。

著名的羅伯特·貝茨(Robert Bates)于2003年為貝茨閃電火箭申請了專利,其中包括一個火箭發射器,該發射器與探測裝置通信,該裝置測量火箭發射器附近是否存在靜電和離子變化,該系統用于控制雷擊的時間和位置。當火箭飛向雷暴雲時,液體從尾部排出,在空氣中形成一列比周圍空氣更具導電性的顆粒柱。與使用固體推進劑作為導電劑的系統類似,該導電路徑将雷擊傳導到地面以控制雷擊的時間和位置。

人造閃電的故事

早些時候,一組歐洲科學家通過在雷暴中瞄準高功率雷射脈沖,首次故意觸發雷暴雲中的電活動。研究人員使用雷射脈沖在新墨西哥州南部光秃秃的山頂上制造導電等離子體線,類似于本傑明富蘭克林的風筝線。由于燈絲太短,不會觸發空對地閃電,但雷射脈沖在雷暴雲中放電。在該團隊使用更複雜的脈沖序列重新程式設計他們的雷射器後,産生了一種更持久的細絲,以在風暴期間進一步引導閃電,下一步可能是全面的雷擊。

人工引雷是什麼玩法?人類怎麼把高能雷電引到地上?

觸發雷擊是基礎和應用研究的重要工具,因為它使研究人員能夠研究雷擊背後的機制。此外,雷擊觸發将使工程師能夠評估和測試飛機和電力線等關鍵基礎設施的雷電靈敏度。

脈沖雷射器是一種觸發閃電的潛在強大技術,因為它們可以形成大量的等離子體線 - 空氣中分子的電離通道,就像延伸到雷雲中的電線一樣。這是一個如此簡單的概念,以至于使用雷射觸發雷擊的想法在30多年前首次提出。但到目前為止,科學家們無法做到這一點,因為以前的雷射器不夠強大,無法産生長等離子體通道。今天由Kasparian團隊開發的更強大的雷射器可能會改變這種狀況。

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在Kasparian的Teramobile項目中,他們建造了一種強大的移動雷射器,能夠通過發射超短雷射脈沖來産生長等離子體通道。他們選擇在新墨西哥州的朗缪爾實驗室測試他們的雷射器,該實驗室配備了測量大氣放電的裝置。該實驗室位于Bald以南10,500英尺處,是一個理想的位置,因為它的高度使其接近高雷暴雲。

在測試中,該團隊量化了放電雷射脈沖後雲中的電活動。統計分析表明,它們的雷射脈沖确實增強了雷暴雲中的電活動 - 事實上,它們在等離子體通道上産生小的局部放電。

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然而,實驗的局限性在于,它們不能産生足夠長的等離子體通道,将閃電一直傳導到地面。等離子體通道在閃電沿着它們移動幾米之前消散。該團隊目前正試圖将雷射脈沖的功率提高十倍,并使用脈沖爆發更有效地産生等離子體。

人工閃電的含義

閃電一直是科學研究的課題,可以追溯到本傑明·富蘭克林的時代,美國于1967年在海上成功閃電,1973年在法國首次成功實作人工閃電。但盡管如此,它仍然沒有得到充分的了解。

人工引雷是什麼玩法?人類怎麼把高能雷電引到地上?

衆所周知,氣候變化與雷暴活動有着密切的關系,人工雷電試驗表明,人工雷電對雷暴和降水有重大影響,一般導緻降雨量急劇增加。相關模拟還表明,冰雹雲的人工閃電可以減少冰雹,增加降水量。這樣,在一定條件下,人工雷電可能成為人工影響天氣過程的有效手段。自1970年代以來,科學家們已經能夠通過将小型火箭發射到雷暴雲中來觸發雷擊,這些雷暴雲卷起連接配接到地面的長線,但通常隻有50%的火箭發射觸發雷擊。雷射技術的使用将使這一過程更快,更高效,更具成本效益,并且有望開辟新的應用。

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