天上惊现“金箍棒”

　　人工引雷是怎么回事

　　前不久，中科院大气所开展了一场人工引雷试验，当引雷成功，天空中降下一道笔直的闪电时，网友惊呼“天上出现金箍棒”！这个壮观的场面相当震撼。

　　同学们或许会好奇，科学家为什么要把雷电引下来呢？为什么平时弯弯曲曲的闪电会变成一根笔直的“金箍棒”呢？

　　本期我们邀请中国气象科学研究院的专家张义军老师，为大家揭开人工引雷背后的科学奥秘。

　　风筝引雷的故事是真的吗

　　说到人工引雷，同学们可能对小学课本上一篇富兰克林放风筝的课文有很深的印象。那是一个很动人的故事。18世纪的美国科学家本杰明·富兰克林在1752年的一个雷雨天，把铜钥匙系在风筝线的末端，然后让风筝飞进高高的云层。当闪电窜入风筝线，铜钥匙上闪出火花。富兰克林伸手靠近钥匙，感受到了“触电”。这个实验证明了天上的闪电，和生活里摩擦毛皮产生的静电，有同样的性质。

　　这个风筝引雷的故事流传甚广，但其实并不是真实的。富兰克林确实是第一个提出天空中的闪电就是电的科学家，不过第一个用风筝做实验的人却不是富兰克林，而是一个法国科学家。他也没有用手去触碰闪着火花的金属棒，这是非常危险的，同学们切勿模仿！

　　富兰克林的故事虽然被夸张和误传，但是科学家用风筝引雷确实是18世纪就发生的事。到了20世纪60年代，纽曼和布鲁克两位科学家提出，若将导线快速引入一定强度的电场中，就会产生放电现象。1967年，纽曼利用火箭拖带导线在美国成功实施了人工引雷。之后，这个方法就传遍了全世界。

　　闪电为什么能被“拉直”

　　为什么我们平时看到的闪电像树根一样弯曲，但是人工引雷像一束激光一样笔直，以致于看起来就像一根“金箍棒”呢？

　　“那是因为，火箭拉着导线上天，导线在向上的过程中，会诱导形成一个闪电，这个闪电会顺着导线打到地面上。”张义军告诉记者。所以，当导线被拉直了，我们自然就看到了笔直的“金箍棒”。

　　虽然原理很简单，但要成功引雷却并不容易。目前，世界上只有法国、美国、日本、巴西和中国等国掌握了人工引雷技术。

　　引雷的最好时机是自然雷电即将发生但尚未发生之时，引雷作业需要根据天气实况、地面大气电场、自然雷电发生频率等信息，判断雷暴云的起电状况，确定发射引雷火箭的时机。

　　“引雷的这根钢丝要有足够的强度。要细、要轻，而且导线表面要光滑，减小飞行阻力。” 张义军说，“另外，火箭发射后上升的速度也是引雷成功的关键因素。这个速度要适中，太快了会拉断钢丝，太慢又赶不上带电粒子的漂移速度。”

　　目前在国内有多个人工引雷的机构，除了中科院，中国气象科学研究院也有一个雷电研究团队在广州建立了国内首个固定雷电野外试验基地，“每年5月到8月开展人工引雷试验，已经成功引雷百余次。”张义军说。

　　为什么要人工引雷

　　雷电是很常见的自然现象，不过它的危害可不小。雷电不仅有可能干扰通讯、电子系统，造成电力系统中断损坏，还会造成牲畜、人员伤亡，甚至会干扰铁路交通的正常运行，威胁空中飞行器安全，更严重的雷击灾害还包括森林火灾、油库大火、化工厂爆炸。

　　想要减弱并防止雷电带来的灾害，就必须对它进行深入的科学研究。然而，自然闪电发生速度快，时间短，而且位置随机，对它进行研究具有很大的困难。“而人工引发的雷电，无论是时间和位置都是可控的，这就方便了科学家对它们的观测和研究。” 张义军说，“人工引雷可以为雷电监测、预警预报和防护技术研究与开发提供必要的基础平台。”

　　以往，雷击防护设备的有效性测试主要通过实验室模拟放电来实现，但实验室的雷击测试很难同时构建自然雷电“高压”“大电流”特征，与真实雷击环境是有差别的。

　　“而人工引雷提供了最接近真实的自然雷电模拟源，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，结果更为可靠。”张义军说。

　　人工引雷

　　应用前景广阔

　　人工引雷能为可应用、可实操的人工影响雷暴、人工影响雷电新方法或技术体系等提供科学认识基础。当然，雷电研究的最终目的是希望有朝一日能更好地干预和影响雷电、控制雷电，甚至安全利用雷电，但这都要建立在对雷电的科学认识之上。

　　“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，对冰雹云进行人工引雷则可以使冰雹削减、降水增加。未来，人工引雷有可能成为人工影响天气过程的一个有效手段。”张义军说。

　　人工引雷甚至还能用于人工育种。人工引雷所在地点的附近会产生强大的电磁辐射，这种辐射则可能诱发农作物或其种子基因发生变异。如果将人工引雷技术应用于人工育种，就能以大大低于太空育种的成本，选育出多种有实用价值的新品种。

　　当然，人们关注度最高的一个问题是：雷电能量能否存储？

　　“雷电是一种强大的能源，如果能控制它并为人类造福将产生不可估量的价值。” 张义军说。

　　不过，对于这个“天赐能源”，要存储它并不容易。相较于火力发电、水力发电等人们所熟知的发电方式，闪电的能量具有很大的不可控和不稳定性。虽然雷电的瞬时功率非常强，但持续时间却很短暂，一次闪电能量约为109焦耳，差不多可供30个100瓦的灯泡照明100小时，这么看来存储雷电能量的“性价比”并不太高。而且由于雷电能量瞬时高功率特征，对存储材料有着极高的要求，目前尚无合适的材料能够满足这一需求。但无论如何，“要利用雷电的能源，也许人工引雷火箭是走向成功的第一步。”