中科院大气所引雷实验画面曝光,为何要引雷?

2021-07-20 14:02来源:新华报业网 原文链接:点击获取

交汇点讯 7月12日,有网友上传的视频显示,山东某试验基地,中科院大气所开展了“人工引雷”试验活动。从视频中来看,一支飞天金属导体,一跃而上冲上云霄,随后被雷电击中,闪电沿着导体传输到地面,整个画面非常震撼,像是施展魔法一般。

引雷实验怎么做?实验目的是什么?7月19日,中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室副主任吕伟涛研究员在接受《科技周刊》记者采访时表示,“在适宜的雷暴条件下将雷电人为地引发到地面,能够较为真实地模拟自然闪电的重要手段,为雷击过程及其机理的研究、新型雷电探测技术的研发与测试以及雷电防护技术的测试等提供了关键支撑。”

说起人工引雷的意义何在,首先还是要从自然闪电谈起。吕伟涛介绍,自然闪电是指雷暴云内、云间或者云与地之间自然发生的强烈放电现象。但闪电持续的时间很短,绝大多数不超过1秒,且发生的时间和位置都具有较大的随机性,很难针对自然闪电开展近距离的综合观测,自然闪电的电流更是难以直接获取。

“而人工触发闪电是人工引发的云地间的放电过程,一般通过人工引雷试验实现。”吕伟涛解释,当引雷试验场上方有雷暴云经过时,在合适的条件下,通过向上发射尾部拖曳金属导线的引雷火箭,快速上升的火箭会促使放电通道起始并向上发展入云,最终形成云地之间强烈的放电过程。

“人工引雷的特点是闪电发生位置确定、发生时间在一定程度上可预知、便于近距离测量,并且可以实现闪电通道底部电流的直接测量。”吕伟涛表示,人工引雷由此成为了研究雷电的一种有效手段。

引雷时机的选取与把握十分讲究,吕伟涛介绍说:“目前主要是依据气象的监测与预报,同时我们也在试验场实时监测地面电场的变化,综合多种要素来研判。”在试验过程中,有很多因素都会影响引雷的成功率,比如在附近雷电频繁的时候,因为周围自然放电的影响,引雷的时机不易把握。

很多网友在看到人工引雷试验画面后,都有一个好奇的问题:人工引下来的雷电为什么看起来那么直?对此,南京气象科技创新研究院高影响天气研究团队首席助理、副研究员吕凡超博士介绍:“这与人工引雷的方式有关。人工引雷是由快速上升并拖曳金属导线的小火箭引发的,火箭的上升将从线轴拉出的导线拉直。”人工触发闪电触发高度(大约200-400m)以下的通道通常都是沿着拉直的导线。网上广泛传播的大多数人工触发闪电图片和视频中,因为拍摄位置距离人工触发闪电通道较近,视野有限,只看到导线部分的通道,所以展现的闪电通道都是直的。实际上,在几百米以上,人工触发闪电的通道是在空气中自由传播的,通道就不会那么直了。

人工引导如此大电流、高电压、强电磁辐射的闪电,是否会对试验人员带来安全威胁呢?吕伟涛介绍,人工引雷试验都采取了多方位的安全措施。首先,在发射火箭引雷时,所有试验人员都必须待在一个牢固可靠、良好接地的金属方舱(可认为是“法拉第笼”)内,这个金属方舱即使被雷击中,里面的人也是安全的。其次,闪电通道直接和近距离的测量设备采用完全电隔离的方式,方舱内的所有设备也都采用了独立的供电方式。此外,在整个野外雷电试验期间,所有试验人员都必须严格遵守相关的规章制度和操作规范。

人工引雷能为社会贡献什么?吕伟涛科普道:“人工引雷是研究雷电放电物理过程、雷击效应及测试雷电探测设备、雷电防护技术和器件的重要手段。”通过将闪电直接引到或间接作用到特定设备和器件上,研究人员可以研究雷电对这些设备和器件的破坏效应。

诸如研究团队曾开展过针对SPD(浪涌保护器,也叫防雷器,是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置)的测试,发现了导致SPD损害的一些过程和原因,指导了SPD测试技术的发展,对雷电防护器件的发展也起到了积极的影响。因此,“人工引雷”不但可以用于雷电物理研究,还能对雷电防护装置的性能进行综合试验和评估。“人工引雷”能够提供最接近真实的自然雷电模拟源,这是其他手段难以做到的。

人工引雷产生的强大的电磁辐射可能诱发作物及其种子基因发生变异,如果将这种技术引入于人工育种是可行的吗?面对这一设想,吕伟涛表示很感兴趣:“目前我们还没有开展这方面的研究,但这种设想很有趣,非常欢迎不同专业的科研人员和我们一起开展合作研究,以更好地发挥人工引雷的效益。”

新华日报·交汇点记者 张宣实习生 袁奕波

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