掌控雷电的“超能力”

凤琴

“轟隆”一声，雷电当头劈下，砸中了树下避雨的人，接着点燃了落叶堆，大火熊熊燃起……作为一种常见的天气现象，雷电时不时就会给我们带来意外事故和损失，如何解决这个问题呢？现在人类已经掌握了人工降雨和人工消雹等改变气象的方法，那么我们能掌控雷电吗？

人工引雷初现

人类掌控雷电的方法的灵感来源于一次偶然发现：1961年，美国气象学家布鲁克发现，美国海军在切萨皮克湾进行了一次水下炸弹爆炸实验，爆炸产物形成的羽状流从雷暴云（伴有闪电的积雨云）上牵引下一道闪电。于是，布鲁克想，我们能不能仿照爆炸物羽状流，将雷电从天上引下来呢？

布鲁克用琴弦、钢丝等可导电的物体做了许多次实验，他将多个气球栓在几千米长的导线顶端，然后在雷暴云下方放飞气球，想看看闪电能不能通过导线被引下来。但是，无论布鲁克怎么更换导线的材质，仍然没有一次看到闪电顺着导线落下，仅在钢丝上测量到几毫安的电流强度。

比较了爆炸物羽状流和实验条件的差异后，布鲁克猜测，在强电场作用下，瞬间聚集的大量电荷形成了屏蔽层，阻止了电流的流动，只有快速运动突破屏蔽层，电流才能产生。随后，布鲁克设计了另外一个实验，以20米/ 秒的速度将一个接地导线穿入到强电场环境中，观测到了电流在导线上流窜而过的现象。由此，布鲁克得出结论，只要导线移动速度足够快，能够穿破电荷屏蔽层，就能在导线尖端形成放电现象。

那么，在实际操作中，上天速度最快的是什么呢？人们很快想到了火箭。1966年8月，美国科学家首次在位于佛罗里达州临海附近的舰船上实施人工引雷，他们在小型火箭的尾部拴上一根极细的钢丝，然后向着雷暴云发射火箭。在本次试验中，科学家们尝试了23次，其中17次成功了，积累下了丰富的经验。后来，法国、日本和中国等国家相继成功实现了人工引雷。现在，各国每年都会进行约几十次的人工引雷实验。

掌控雷电的要领

人工引雷的方法说起来好像很简单，不过是向空中“放箭”而已，但其实想要成功引雷很不容易。

首先要满足“天时地利”的条件：时间应选空中聚集大量电荷时，即闪电前夕或雷暴“中场休息”的时候，地点应选雷电多发地带。只有满足这两个条件，才能保证雷电能被成功引发。因此科学家们在引雷前要做许多监测和计算工作。

其次是火箭和导线的选择。小型火箭造价不高，在一次实验中可以发射多个火箭，而且小火箭也有利于控制运动速度。火箭的发射速度太快，容易将钢丝拉断而导致引雷失败;火箭太慢，不利于冲破屏蔽层，同样难以引发雷电，目前各国的引雷火箭速度都控制在100～200米/秒。

在实际引雷中，导线一般采用直径为0.2毫米的细钢丝或铜丝。为了增加铜丝的机械强度，还要在铜丝外面包上一层高强度的凯夫拉纤维。为了防止火箭高速上升将导线拉断，导线与火箭之间常常还接有一段松紧带。导线是否接地也有讲究，如果要模拟自然闪电的形成过程，导线不能直接接地，而是通过一定长度的尼龙绳再接地，这样形成的闪电就很“天然”，有利于科学家们研究闪电的成因。导线直接接地时，引雷更容易成功，同时会向空气中释放大量负氧离子，有消毒杀菌、净化空气的作用。

人工引雷试验非常危险，因此，操作时必须采取严格的安全措施。在选定的引雷场地，需要安装一个牢固可靠、有良好的屏蔽和接地的金属方舱，即“法拉第笼”，即使法拉第笼被雷击中，里面的试验人员也不会触电。整个引雷过程中，所有试验人员必须待在法拉第笼中，除了这里，方圆百米的距离都人畜勿近。火箭发射架安装在法拉第笼周围，确保引下来的雷电落点就在附近。距法拉第笼几十米的距离，还安装着能自动检测闪电电磁数据的设备，科研人员能更安全地得到数据。

激光：人工引雷新方向

具备了以上条件，人工引雷才有可能成功，但是否成功还是要看天意，因为现有技术手段还不能直接探测空中电场强度，发射了火箭后不一定真的能引下雷电。综合来看，世界各国发射火箭引雷的成功率约为60%。而一旦引雷失败，如何安全回收可能带电的导线也是一个难题，因此人工引雷仍是一个困难且危险的操作。

为了提高引雷的成功率和安全性，科学家们想出了一些引雷的新方法，水柱引雷、微波引雷、火焰引雷和激光引雷等。激光引雷是目前最具有实操性的新方法。

1974年，美国科学家保尔最早提出激光引雷的概念，可是很长一段时间，科学家们都没想出方法实现这个操作。直到1994年，中国科学家王道洪等人才想出了激光引雷的可行方法——利用铁塔尖端附近的强电场进行激光引雷。在雷暴云电场环境下，由于静电感应作用，塔顶附近存在强电场，此时将激光聚焦于塔顶的上空时，激光可在此区域“点火”，产生一个向上的电流，该电流不断汇聚电荷，从而最终触发闪电。

基于这个理论，日本大阪大学的研究小组在常有雷暴发生的一座小山上建了一座50米高的铁塔，进行了激光引雷的野外实验。结果表明，雷暴期间塔顶上确实存在激光触发放电所需要的电场强度。但雷云过顶时，受雪和雨的影响，激光强度严重衰减，以至于无法实现“点火”。想要成功点火，需要更大的激光发生器产生更强的激光，成本和设备规模再次限制了激光引雷的发展。

好在最近，澳大利亚国立大学的科学家想出了一个用小型激光器“点火”的方法，也许距离激光引雷的成功已经不远了。研究小组在两个通电的金属板之间添加了一些石墨烯微粒，然后用实验室专用的激光器向金属板发射激光，观察激光束是否可以引发电流。实验所用的激光强度只是计算出的可以引发闪电的最低激光强度的千分之一，但结果令人讶异：这样低强度的激光束仍然引发了“闪电”。如果在野外实操中，石墨烯微粒也能降低点火需要的激光束强度，这种新方法将成为人工引雷的最优方案。

掌握了人工引雷的“超能力”，我们不仅能改变雷电的落点，最大可能地消除雷电的危害，还能利用雷电生产化肥（将空气中的氮气和氧气电离成离子，结合成天然氮肥）、人工育种（产生强大的电磁辐射，诱发农作物变异）和清新空气（制造负氧离子，净化空气）。未来，雷电说不定还能成为可控的环保新能源呢。