兩百年過去了，終於有人發明出了新型避雷針！閃電居然能“長腳”走50多米_風聞

（圖片來源：Flickr+自制）

撰文 | 阿嫺

審校 | Ziv‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

雨水節氣剛過，就意味着又一年的雷雨季節要來了。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

雖然人們對雷電防護的研究已經有很多年的歷史，但是就好像被三體人鎖死了這方面的發展，本傑明·富蘭克林發明的避雷針仍然是人們最常用的避雷手段。

何方道友在此渡劫？？｜gifer

避雷針的工作原理其實非常簡單，在雷雨天氣出現帶電雲層時，避雷針和高樓頂部都聚集了大量電荷，避雷針與雲層之間的空氣就很容易被擊穿，成為導體。帶電雲層與避雷針形成通路，而避雷針又是接地的，避雷針就可以把雲層上的電荷導入大地，保證了高層建築物的安全。

但避雷能力受到杆子高度的限制，其保護區域的半徑大致等於避雷針的高度，例如20米高的避雷針最多可保護半徑為20米範圍內的區域免受雷擊。如果想保護一些大型基礎設施，比如機場，可能需要一根數公里大小或者數百米的避雷針，技術難度太大，也不切實際。

小型建築上安裝的避雷針通常也較小｜Pixnio

雷電發生的不確定性讓人們一直處於被動的地位，而科學發展到今天，有沒有什麼技術可以將雷電引下來，實現主動引雷？

最近一項發表在國際學術期刊Nature Photonics上的研究提供了主動引雷的新思路：在雷雨天氣下，可以讓閃電跟着激光感應細絲（由短而強的激光脈衝在天空中形成）“走”一段很遠的距離，突破避雷針的短距離防護限制，從而實現主動引雷。

激光引雷的想法最早是由Ball在1974年提出的，後來科學家們也在實驗室裏嘗試過強激光脈衝引導雷擊的實驗，但由於科技水平限制，遲遲沒能在野外、自然的雷雨天氣條件下成功進行實驗。

真·人工引雷（真·不建議嘗試）｜gifer

激光避雷針（filament lightning rod）的原理是利用激光器向雲層快速發射強烈而短暫的激光脈衝，每個脈衝在一皮秒（一萬億分之一秒）內攜帶了大約一太瓦（一萬億瓦）的瞬時能量。激光在空氣的傳播過程中會自聚焦成一條“激光細絲”，這個過程其實是光束的自聚焦效應，是指強激光束通過非線性介質時會自動聚集成直徑為幾微米的細線的現象。‍

同時，強烈的激光脈衝電離空氣分子，產生自由電子，自由電子又會抵消光束自聚焦。激光的自聚焦和離聚焦兩個過程會在短暫的時間內達到平衡，沿着脈衝的路徑形成一個空氣通道。在這個被激光穿透、能維持毫秒的空氣通道內，低密度的空氣和高密度電子的奇特組合形成了一個對於電子來説非常有吸引力的軌道。

124米高的電信塔｜參考資料[1]‍‍‍‍

來自法國的物理學家奧雷利安·烏阿爾（Aurélien Houard）和他的同事在瑞士東北部的阿爾卑斯山上進行實驗，在電信塔附近安裝了一個高功率的Yb:YAG激光器。（不遠萬里選在這兒，主要是因為這座“倒黴”塔每年會被閃電擊中約100次……）

研究人員觀察到：在2021年7月至9月的雷雨季節裏，激光累計在天空中發射了六個小時，曾四次改變了閃電放電的方向。在7月24日，高速攝像機記錄到的一次圖像中可以清楚地觀察到，閃電收斂了它的“張牙舞爪”，緊緊貼着激光束，在從原有的位置上移動了大約50多米。在另外3次激光器打開的觀測記錄中，通過射頻探測器，也可以看到閃電是跟着激光“走”的。

閃電：唯唯諾諾、不敢吭聲……｜參考資料[1]‍‍‍‍‍‍‍

有優點就有缺點，激光避雷針的核心問題就是：貴！該實驗項目資金大約400萬歐元（約等於2934萬人民幣），其中一半都用來建造激光系統了。

人們很早之前還嘗試過一種底部裝有金屬絲的火箭，通常被稱為火箭-導線引雷技術。

一次雷暴天氣要升空多少個一次性火箭呢？｜YouTube

這種技術是在雷暴天氣，提前預測並且選擇固定的地點，向雷暴雲發射拖拽金屬導線的小型火箭，使得導線可以接觸到雷暴雲中的電場，將雷電通過導線傳送到地面固定位置。這項技術最早起源於美國，我國是全世界第三個掌握人工引雷技術的國家。

但是這一技術仍然有許多亟需解決的問題，比如火箭和導線都是一次性的消耗品，並且被雷電擊中後火箭掉落的碎片有一定危險，現階段並不適合廣泛使用……

（圖源gifer）‍‍‍‍‍

有個小問題，火箭可以用竄天猴代替嗎？（bushi‍

封面來源：Flickr+自制‍‍‍‍‍‍

參考資料：

[1]https://www.nature.com/articles/s41566-022-01139-z

[2]https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_21585804

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Lightning_rocket