物理故事及原理 物理故事300篇( 二 )


最近的研究探索了雷击地球表面产生的闪电熔岩,发现其中含有大量的活性磷和有机磷酸盐分子 。这类物质实际上对生命诞生非常重要,打个比方的话,我们可以把雷电比作为女娲造人提供了最为宝贵的泥团 。
再把视角拉回到日常生活当中 。我们知道,大气电离层在我们的头顶上方大概60公里,正是它对电波的反射,使得广播通讯的信号能够在很远的距离以外被接收到 。
但是研究发现,电离层实际上会源源不断地向地球“漏电” 。那么大家可能就会担心,这电会不会漏光?如果这样,我们的广播通讯事业岂不会面临着瘫痪的危险?但实际上,雷电和强对流雷暴云会默默地给电离层“充电”,动态地维持着电离层和地球电路的平衡 。
此外,在击穿大气的过程中,雷电使得放电通道达到上万度的高温,可以使氮气、氧气被完全电离,从而形成我们所说的氮氧化物,进一步形成硝酸盐,而硝酸盐恰恰是农作物生长所需的养料 。同时,由于雷电产生的氮氧化物会进入全球的氮循环,所以会对全球气候和环境变化起到一定的调节作用 。
所以,在雷雨灌溉大地的同时,雷电也在起着固氮施肥的作用 。可能大家会好奇,是不是能用雷电来发展绿色农业呢?就我个人而言,对这一点持比较保守的态度 。
此外,雷电还可以帮助我们监测和预报强对流天气,比如短时的强降雨 。这是为什么呢?因为雷电本身孕育在强对流天气系统的云系当中,蕴含了非常丰富的雨、雪、冰以及这种流场中风的信息 。通过准确地探测雷电,并将相关信息整合到强对流天气系统的数值模拟预报中,就有可能改进它的预报效果 。
除了有用以外,雷电还可以说是一名“艺术家” 。长期以来,一般认为雷电只能发生在地面以上十几公里以内的对流层当中,而对流层以上到50公里的平流层、甚至平流层再往上的中间层大气,被认为是没有放电活动的 。
实际上,发生在对流层的雷电活动会产生强烈的电磁辐射效应,电磁波会传到并影响几十公里甚至上百公里的高空,而在稀薄的大气中会产生尺度更大、更加绚丽多彩的放电现象 。它们有着非常有意思的名字,比如红色精灵、巨大喷流、蓝色喷流等,就像图中所展示的这样 。
我们来看一看用黑白相机拍摄到的红色精灵 。它发生、发展、放电的详细过程,就像一朵在高空中绽放的烟花,特别漂亮和壮观 。
讲到这里,我真的特别希望雷电在大家心中会有一个全新的印象 。在我眼里,雷电是非常壮美的,我认为这种壮美并不是所谓的“恶之花” 。我倾向于认为,雷电所导致的错误、带来的灾害甚至苦难是无心而为的结果,我特别希望人类能够跟雷电成为和谐共处的朋友 。
那么,这就需要我们进一步地了解雷电、认识雷电、靠近雷电,但这其实不是一件容易的事情 。我们来看一看雷电有什么样的特点,研究它又有怎样的难度 。
雷是如何引到地面的?
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一般来讲,我们肉眼所看到的雷电只是一瞬间的放电现象,或者一道闪光而已 。
这是我们用高速摄像机拍摄到的、从云打到地上的一次雷电放电过程,通过慢放可以看到它在空气中蜿蜒爬行的放电通道 。这个放电通道的发展速度有多快呢?是10的5次方米每秒的量级,也就是说1秒钟它能够跑100公里甚至更远的距离 。
而当通道打到地上,产生的这种强烈的闪光实际也有速度,也有发展方向 。它能达到1/3的光速,所以一般的高速摄像机甚至没有办法分辨这一过程 。
自然发生的雷电其实是行踪诡异、难以预测的 。虽然我们知道雷电会发生在强对流的云系当中,但下一秒钟它究竟会发生在哪里,是打到我们的电视塔?还是打到某个高耸的烟囱上?这是没有办法预测的,因此这种诡异的行踪也给研究带来了难度 。

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