閃電是云與云之間、云與地之間或者云體內各部位之間的強烈放電現象。通常是暴風云(積雨云)產生電荷,底層為陰電,頂層為陽電,而且還在地面產生陽電荷,如影隨形地跟著云移動。正電荷和負電荷彼此相吸,克服空氣的阻障而連接上。巨大的電流沿著一條傳導氣道從地面直向云涌去,產生出一道明亮奪目的閃光。
1 c% e; u+ o! V: T
- A# M( M" D7 _# l% N$ O. q; p8 m
) c5 I3 _; K( X
. i8 F1 Z! l; l* q( j! ]* u! [/ G 一道閃電的長度可能只有數百米(最短的為100米),但最長可達數千米。閃電的溫度,從攝氏一萬七千度至二萬八千度不等,也就是等于太陽表面溫度的3~5倍。/ l4 |- s# _, v/ U6 {
( h! F' R) z, u2 {* p" O2 _4 ~! A8 B
2020年6月25日,世界氣象組織(WMO)公布了迄今為止探測到的跨度最長的閃電。它有多長呢?橫向跨度709公里!相當于從武漢直接閃到了上海。
b) w% l/ a7 x$ F8 L4 j* h
, ?5 W7 m: ^" p1 N7 @" F8 i8 N: I不過,它并不是發生在我國境內,而是在2018年10月31日發生于巴西南部。WMO同時還公布了持續時間最久的閃電:2019年3月4日阿根廷北部,這道閃電持續了驚人的16.73秒。- U" ?/ S* ]$ u7 s! `) s% P6 ^
$ {4 e5 m. V. @3 I$ i% j
0 g5 B* K3 f3 s, q/ V1 C
2 _" c7 Q2 C0 J8 | 如今衛星遙感技術快速發展,從更廣闊的高空俯視,可以探測到范圍更廣、時間更長的極端閃電并獲取關鍵數據。最近公布的最長橫跨距離和最長持續時間的巨型閃電,就是被名為GOES-16的地球同步軌道環境衛星觀測到的。
2 X: g: Z z) g+ a/ D+ `2 W* {. A3 y( g2 n" ~& m! Q
* ?# h" R% Z' q9 HGOES-16地球同步軌道環境衛星(由美國國家海洋與大氣局管理)
4 j1 I- H6 `3 i7 y8 A 5 d2 m3 ~) X& Q c* z
閃電的發生具有一定的隨機性和不確定性,只是守株待兔般等待,研究效率將十分低下。我國氣象科學研究院連續多年開展了“人工引雷”試驗,“人工引雷”是通過閃電產生條件預測閃電的形成區域,然后發射一枚拖拽著金屬絲導線的小火箭,通過金屬絲將閃電引至定點目標物。下圖是2019年7月的實驗場景,場面酷炫如科幻大片。
: X9 }! l! }+ M( s% w) P# j% H2 D" q m# q2 ]
. Q! {) E% v" q) x9 q! X▲我國人工引雷試驗 | 中國氣象局
+ k; J i- A4 x, O
7 t; ]# g! D ?. r. _閃電巨大的威力來自于它巨大的電流,峰值時可達幾萬安培(2200瓦的家用大功率電取暖器額定電流也不過10安培)。閃電持續的時間往往非常短,實際輸送的能量并沒有想象中那么大。3 u1 y- u( s$ D$ k! ] ?
* r3 Z& Q% W2 M% U據資料顯示,一次普通閃電電壓約為500萬伏,電流約為2萬安,持續時間約為0.1秒,E=UIt=5000000*20000*0.1= 10億焦耳5 T5 y8 B5 F) ]( p M/ M, |. g
7 U) U0 k1 g s+ v+ M10億焦耳看似數值驚人。但事實上,1度電(1kWh)就有360萬焦耳。換算一下,從一道閃電中大約可獲取280度電,相當于閃電電擊一下,僅能充滿(或者報廢)一臺特斯拉電動汽車。4 i" l& I8 u' d. x$ Z
* x( `/ m/ L! K3 b) z' w; q+ V, `3 Q
如果按照1度電0.5元計算,一道閃電的價值大約是140元!這樣的產能確實不太令人滿意。以后有人再說,閃電有不可估量的能量時,你可以反駁啦!
. w- u; l; S4 o/ m0 m1 m& {# \5 `# h# D8 z
閃電是大自然創造的,但是我們人類也創造了“人工閃電”(特斯拉線圈)。特斯拉線圈又叫泰斯拉線圈,這是從"Tesla"這個英文名直接音譯過來的。特斯拉線圈是由一個感應圈、變壓器、打火器、兩個大電容器和一個初級線圈的互感器組成。 L2 A1 P) R/ P3 Y. F8 w. [ b. M4 e
7 `6 C2 z2 j o9 q7 e% p其原理是首先利用變壓器升壓,然后給初級回路電容充電,充到放電閾值時,火花間隙放電導通,初級回路發生電磁振蕩,給次級線圈提供足夠高的激發功率。由于初級線圈和次級線圈的固有頻率設置相等,可以發生電磁共振,次級線圈可以積累極高的電壓,當電壓能夠擊穿空氣時,我們就看到人工閃電了。, @. q& J* C- g( @# \1 E9 D
+ K: G. S; a5 p0 i |