华丽而独特的图像揭示了雷击时电火花相连接的细节

2023年04月17日 11:24 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

通过一台高速摄像机和一些运气,在正确的时间出现在正确的地点,巴西国家空间研究所(INPE)的物理学家Marcelo Saba和博士生Diego Rhamon能够获得一张罕见的雷击图像,显示出与附近建筑物的连接的复杂细节。

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该图像是如此的独特,以至于它被刊登在2022年12月28日的《地球物理研究通讯》(GRL)的封面上,这是该领域的一个著名科学杂志。该期杂志还包括一篇以Saba为第一作者的文章。萨巴的这一课题研究得到了FAPESP的支持。

"该图像是在圣何塞-多斯-坎波斯[圣保罗州]的一个夏日傍晚拍摄的,当时一个带负电的闪电正以每秒370公里的速度接近地面。当它距离地面几十米时,附近建筑物顶部的避雷针和高大物体产生了向上的正电荷,争先恐后地与向下的雷电连接。"Saba说:"连接之前的最后图像是在闪电击中其中一座建筑物之前的千分之二秒获得的。"

他使用了一台每秒拍摄4万帧的摄像机。当视频以慢动作回放时,它显示了雷电放电的行为,也显示了如果保护系统安装不当,它们会有多大的危险:尽管附近有30多根避雷针,但这次雷电不是与它们相连,而是击中其中一座建筑物顶部的烟囱。

"安装中的一个缺陷使该地区没有受到保护。他说:"30000安培的放电影响造成了巨大的破坏。"

平均而言,20%的雷击涉及云层和地面之间的放电交换。其他80%发生在云层内部。几乎所有接触土壤的雷击都是云对地放电。向上的雷击也会发生,但很罕见,而且是从高山、摩天大楼、塔楼和天线等高大结构的顶部开始。根据转移到地面的电荷,雷击也可分为负电荷和正电荷。

雷击可长达100公里,输送的电流可强达3万安培,相当于3万个100瓦的灯泡同时使用的电流。在某些情况下,电流可以达到300,000安培。一个典型的雷击的温度是30,000℃,是太阳表面温度的五倍。

雷电形成的机制不甚明了,但基本上涉及到冰、水滴和冰雹的颗粒之间的摩擦,释放电荷并在不同的云区之间产生极性,电势差异从1亿伏到10亿伏。风暴云是巨大的结构底部距离地面2公里到3公里,顶部的高度可以达到20公里,直径可以达到10公里到20公里。

由于电荷寻求阻力最小的路径,而不是最短的路径,这将是一条直线,因此雷击会产生分支。阻力最小的路径,通常是"之"字形,是由不均匀的大气层的不同电气特性决定的。"一个由几个放电组成的雷击可以持续2秒。然而,每次放电只持续零点几毫秒,"Saba补充说,避雷针既不吸引也不排斥雷击。它们也不像过去认为的那样给云层"放电"。它们只是为闪电提供了一条通往地面的简单而安全的路线。

因为不可能总是依靠避雷针的保护,而且大多数大气放电发生在夏季的热带地区,所以值得考虑萨巴的建议:"暴风雨在下午比上午更频繁,所以夏季下午的户外活动要小心。如果你听到雷声,就找地方躲避,但千万不要在树下或电线杆下,也不要在摇摇欲坠的屋顶下。如果你找不到一个安全的避难所,就呆在车里,等待暴风雨过去。如果没有汽车或其他庇护所,就蹲下,双脚并拢。不要直立或平躺。在室内,避免接触电器和固定电话"。

"被雷击后有可能存活下来,而且有很多例子。如果当事人迅速接受治疗,几率会增加。心脏骤停是唯一的死因。在这种情况下,心肺复苏是推荐的治疗方法,"他说。

Saba从2003年开始用高速摄像机系统地研究闪电,此后建立了一个以高速拍摄的闪电视频集,成为世界上最大的视频集。在他们之间,他和他的学生已经获得了FAPESP的17项资助和奖学金。

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