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物理故事及原理 物理故事300篇( 三 )

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我們就會(huì)想，如果有辦法讓雷電在指定的時(shí)間和地點(diǎn)發(fā)生，這樣是不是就可以對(duì)它進(jìn)行更好的研究？人工引雷，就是一項(xiàng)讓雷電在可知可控的條件下發(fā)生的技術(shù)，也是我所在的研究團(tuán)隊(duì)近十幾年來(lái)一直在從事的研究工作 。
怎樣去做人工引雷呢？首先需要有充了電的雷暴云 。那當(dāng)天空充滿了電荷以后，怎樣把它引下來(lái)？這就需要用到我們的引雷神器——也就是專業(yè)的引雷小火箭 。
從圖片中，我們看到它的尾翼上固定著線軸，線軸上盤繞著幾百米長(zhǎng)的細(xì)鋼絲 。
鋼絲的一端固定在地面上，隨著火箭的上升，鋼絲被快速地拉伸開(kāi)，形成一條筆直的接地金屬通道 。但是，引雷火箭實(shí)際上只能飛到幾百米的高度，而雷暴云或者說(shuō)強(qiáng)對(duì)流云的電荷區(qū)一般在幾公里的高度以上，這個(gè)放電橋梁是怎么構(gòu)建起來(lái)的呢？這要得益于火箭所在的位置，也就是說(shuō)細(xì)鋼絲尖端的位置發(fā)生了向上的尖端放電過(guò)程 。這個(gè)放電形成了等離子通道，最終構(gòu)建了云和大地之間的放電，雷就被引了下來(lái) 。
點(diǎn)開(kāi)視頻，感受“人工引雷”現(xiàn)場(chǎng)
2021年7月，我們?cè)谏綎|開(kāi)展了人工引雷實(shí)驗(yàn)，大家注意看小火箭拖著尾焰往上走的過(guò)程 。當(dāng)時(shí)小伙伴們也很興奮 。大家可能覺(jué)得這個(gè)視頻非?？犰?，但對(duì)我們來(lái)說(shuō)，炫酷并不是重要的事情，真正的研究也才剛剛開(kāi)始 。
為什么要人工引雷？
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雷引下來(lái)之后，我們要做什么呢？最重要的一件事情就是去探索雷電究竟是什么？雷電放電的參量、它產(chǎn)生的電磁輻射以及發(fā)生發(fā)展規(guī)律究竟如何？這一系列事關(guān)雷電物理本質(zhì)的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，可以通過(guò)人工引雷回答 。
這幅圖是雷電的電流測(cè)量波形，它就像是雷電的心跳頻率或者說(shuō)心臟的泵血量，是一個(gè)非常重要的參量 。
我們還可以通過(guò)高速攝像機(jī)，捕捉和拍攝它在大氣中舞動(dòng)的曼妙身姿 。
當(dāng)然，對(duì)于高速相機(jī)沒(méi)有辦法捕捉的過(guò)程，我們還有其他神器，比如通過(guò)傳感器、利用射頻定位的辦法重構(gòu)閃電放電的物理過(guò)程 。就可以得到這幅重構(gòu)的、非常漂亮的閃電發(fā)展圖像 。
通過(guò)人工引雷，我們對(duì)雷電的物理過(guò)程、現(xiàn)象取得了一些新的認(rèn)識(shí) 。在這里簡(jiǎn)單地舉一個(gè)例子：它是怎樣發(fā)展和傳輸?shù)?。
這里涉及連續(xù)傳輸、梯級(jí)傳輸兩個(gè)名詞，我簡(jiǎn)單地介紹一下 。連續(xù)傳輸比較好理解，它持續(xù)地往前發(fā)展放電通道；而梯級(jí)傳輸則是間歇性的停頓，往前跳一步、再停頓、再往前跳一步地發(fā)展放電通道 。
一直以來(lái)，我們都認(rèn)為通道中聚集正離子的所謂正極性通道是連續(xù)傳輸?shù)?，而通道中聚集?fù)電子的所謂負(fù)極性通道是梯級(jí)傳輸?shù)?。但是，后來(lái)少量的觀測(cè)證據(jù)對(duì)此提出了質(zhì)疑 。
人工引雷可以很好地回答這個(gè)問(wèn)題，比如我們可以精確地獲得它放電的電流參量；我們也可以做不同距離、不同地方、不同頻段的電磁輻射探測(cè)；因?yàn)樗l(fā)生的位置是已知的，我們也可以開(kāi)展更快、更高速的高速攝像 。這就系統(tǒng)地回答了正極性通道實(shí)際上也客觀地存在著梯級(jí)傳輸?shù)奶卣?。
說(shuō)到這里，大家可能覺(jué)得非?？菰?，甚至有一點(diǎn)無(wú)聊，覺(jué)得把這些問(wèn)題搞清楚有什么意義？這個(gè)問(wèn)題跟我有什么關(guān)系？我一度也只能用“哪里存在未知，我們就要去解決它”來(lái)回答 。直到后來(lái)我們發(fā)現(xiàn)，早期通道的梯級(jí)特征可以作為發(fā)生雷擊的一個(gè)先兆信號(hào)，預(yù)測(cè)雷擊會(huì)在很快的時(shí)間段內(nèi)發(fā)生 。
通過(guò)探測(cè)先兆信號(hào)，我們就有可能提前啟動(dòng)防御動(dòng)作，避免雷擊的傷害 。這種技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)和測(cè)試階段，特別希望在未來(lái)它能夠?qū)崒?shí)在在地對(duì)降低雷電災(zāi)害發(fā)揮有用的效果 。

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