人工降雨会打雷吗(人工降雨的原理)

7月11日晚后半夜到12日中午,由于前后两波强对流天气的影响,我国中国科学院大气物理研究所野外工作人员抓住时机连续作战,多次发射火箭进行人工引雷,天空落下巨大金色光柱,引起人们的巨大好奇!

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人工引雷是什么玩法?人类怎么把高能雷电引到地上?

人工引雷

说起雷电,实际上它并不罕见,是一种相当常见的大自然现象。据数据统计,每天有400多万次闪电击中地球,但人们对这一剧烈过程背后的物理原理仍然知之甚少。因此为了进一步了解闪电,就产生了人工引雷。所谓人工引雷,指的是在雷暴环境下利用一定的装置和设施,人为在某一指定点触发闪电,并把闪电引到预知位置进行科学试验。

人工引雷是什么玩法?人类怎么把高能雷电引到地上?

在早期的时候,就有一个欧洲科学家团队有意首次在雷雨云中触发了电活动。他们通过将高功率激光脉冲对准雷暴来实现这一目标。而关于引雷更为早期就当属著名本杰明·富兰克林科学家了。其中风筝实验就是本杰明·富兰克林的一次关于雷电的实验,它证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。而现在关于人工引雷的玩法就愈加先进了。那么现在人们是怎么引雷的呢?

闪电火箭

说起引雷,必须要说到闪电火箭。闪电火箭是一种吸引闪电的火箭,它解开导体,如细铜线,当它上升时,将闪电电荷传导到地面。由此而来的雷击称为“触发闪电”。

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当然,闪电火箭,并不只是单纯的一个火箭,它是一个完整的系统。该系统包括一个特别设计的发射台,配有导电避雷针和导线发射台可以无线控制,也可以通过气压线控制到控制站,以防止发射移动到控制设备。

其中导电避雷针被接地并放置在发射管旁边,与导电通道相连,而控制雷雨云击中的时间和地点火箭后面的导体可以是一根物理导线,也可以是由发动机产生的电离气体柱。使用固体推进剂的闪电火箭可能会添加铯盐,当从火箭排出的废气时,铯盐会产生一个传导路径。在液体推进剂火箭中,氯化钙溶液被用来形成导电通道。

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细铜丝附着在地面上,在火箭上升时从火箭上弹出来。最初的撞击沿着这条线,结果是异常的直。由于金属丝被最初的撞击汽化,随后的撞击本质上角度更大,并跟随最初撞击的电离痕迹。这种火箭既用于雷电研究,也用于雷电控制。

著名的罗伯特贝茨于2003年获得了贝茨闪电火箭的专利,它包括一个火箭发射器,它与一个探测装置通信,该装置可以测量在发射火箭的发射器附近静电和离子变化的存在这个系统是用来控制雷击的时间和地点的。当火箭飞向雷雨云时,这种液体从尾部排出,在空气中形成一个粒子柱,这些粒子比周围的空气更具导电性。与采用固体推进剂作为导电剂的系统类似,这种导电路径将雷击传导到地面,从而控制雷雨云发生雷击的时间和位置。

人工引雷的故事

早前,一个欧洲科学家团队有意首次在雷雨云中触发了电活动,他们通过将高功率激光脉冲对准雷暴来实现这一目标。研究人员在新墨西哥州的南光秃秃峰的山顶上,使用激光脉冲制造出可以导电的等离子体丝,类似于本杰明·富兰克林的风筝线。没有空对地闪电被触发,因为灯丝太短,但激光脉冲在雷雨云本身产生放电。在研究小组重新编程他们的激光,使用更复杂的脉冲序列后,产生更持久的细丝,从而在暴风雨期间进一步引导闪电,下一步可能会发生全面的雷击。

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触发雷击是基础和应用研究的重要工具,因为它使研究人员能够研究雷击背后的机制。此外,雷击的触发将使工程师能够评估和测试飞机和电力线路等关键基础设施的雷击敏感性。

脉冲激光是一种潜在的非常强大的触发闪电的技术,因为它们可以形成大量的等离子丝——空气中分子的电离通道,就像延伸到雷云中的导线。这是一个如此简单的概念,以至于30多年前首次提出用激光来触发雷击的想法。但是科学家们至今还不能做到这一点,因为以前的激光不够强大,无法产生长等离子通道。现在的一代更强大的激光器,就像Kasparian的团队开发的,可能会改变这种情况。

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在Kasparian的Teramobile项目中,他们建造了一个强大的移动激光器,能够通过发射超短激光脉冲产生长等离子通道。他们选择在新墨西哥州的朗缪尔实验室测试他们的激光,该实验室配备了测量大气放电的设备。这个实验室坐落在10500英尺高的南秃顶,是一个理想的位置,因为它的海拔高度使它接近高雷雨云。

在测试中,研究小组量化了放电激光脉冲后云层中的电活动。统计分析表明,它们的激光脉冲确实增强了雷雨云中的电活动——实际上,它们在等离子体通道的位置产生了小规模的局部放电。

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然而,这项实验的局限性在于,它们无法产生足够长时间的等离子体通道,从而将闪电一路传导到地面。等离子体通道在闪电沿着它们移动几米之前就消散了。该团队目前正试图将激光脉冲的功率提高10倍,并利用脉冲爆发来更有效地产生等离子体。

人工引雷的意义

雷击一直是科学研究的主题,可以追溯到本杰明·富兰克林的时代,国际上,美国1967年在海上首次引雷成功,陆地上首次成功的人工引发雷电于1973年在法国实现。但尽管如此,人们仍然没有完全了解。

人工引雷是什么玩法?人类怎么把高能雷电引到地上?

众所周知,气候变化和雷暴雷电活动之间有着密切的关系,人工引雷试验表明,人工引发雷电对雷暴电场和降水有明显影响,一般会导致降雨猛增。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。自20世纪70年代以来,科学家们已经能够通过向雷雨云发射小型火箭来触发雷击,这种雷雨云会卷起与地面相连的长线,但通常只有50%的火箭发射会引发雷击。激光技术的使用将使这一过程更快、更有效和更具成本效益,预计将开辟一些新的应用。

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