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少年雷電物理學(xué)家養(yǎng)成記

2025-03-24 00:00:00陸高鵬
知識就是力量 2025年3期
關(guān)鍵詞:雷電大氣現(xiàn)象

雷電,是大氣中發(fā)生的超強(qiáng)、超長的火花放電現(xiàn)象,通常在雷雨云的情況下出現(xiàn),發(fā)生頻繁且非常壯觀。自從本杰明·富蘭克林(Benjamin Franklin,美國科學(xué)家、政治家)用風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)揭開了雷電的秘密,人類就在不斷探索這一高功率放電現(xiàn)象的物理機(jī)制和對我們生活的影響。

“玩”電的少年

興趣是最好的導(dǎo)師。小時候的我就對收音機(jī)、鬧鐘等使用電池驅(qū)動的小設(shè)備感興趣,也因此擁有了一個喜歡“折騰”的童年,鍛煉了自己的動手能力。

1998年,我以第一志愿考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院,迎接我的第一門地球科學(xué)領(lǐng)域?qū)I(yè)課是《地球和空間科學(xué)概論》,我以球形閃電作為課程調(diào)研大作業(yè)的主題。這是一種呈圓球形、通常在近地空活動的閃電。當(dāng)時,國內(nèi)外還沒有關(guān)于它的確鑿觀測證據(jù)。2012年,西北師范大學(xué)袁萍課題組在青海省做野外觀測時,首次獲得了球形閃電的視頻觀測記錄,并以光譜觀測數(shù)據(jù)分析了這種現(xiàn)象的形成過程,一定程度上支持了“球形閃電的產(chǎn)生與土壤中的成分有關(guān)”的理論。

作者(右一)正在與學(xué)生改進(jìn)研制中的雷電磁場探測儀(供圖/陸高鵬)

大學(xué)期間,我系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了《電磁學(xué)》和《電動力學(xué)》——如果想要深入研究雷電,這兩門課非常重要。因?yàn)槔纂娢锢硌芯恐饕P(guān)注的是地球大氣中瞬時的放電發(fā)光現(xiàn)象,從能量角度看,雷電物理研究的很多現(xiàn)象都是地球系統(tǒng)同外界行星際空間之間的能量傳輸過程,而研究的核心內(nèi)容之一就是研究脈沖放電的物理過程,及其產(chǎn)生的不同時空尺度的電磁效應(yīng)。

求索的青年

大學(xué)最后一年,我進(jìn)入雷電遙感實(shí)驗(yàn)室,學(xué)習(xí)更多有關(guān)雷電物理的專業(yè)知識,并了解到了中高層放電現(xiàn)象(指對流層之上的大氣區(qū)域產(chǎn)生的一系列特殊的短時放電和發(fā)光現(xiàn)象,如“紅色精靈”“藍(lán)色噴流”“淘氣精靈”等)這個國際前沿研究領(lǐng)域。我決心遠(yuǎn)渡重洋開啟新的求學(xué)生涯。

作者為孩子們授課,講解雷電相關(guān)知識(供圖/陸高鵬)

在大洋彼岸攻讀物理學(xué)博士期間,我繼續(xù)利用閑暇時間做中高層放電現(xiàn)象的研究工作,這也使得我能進(jìn)入相關(guān)的課題組開展博士后研究,先后在閃電高能輻射、巨大噴流和“紅色精靈”(相關(guān)知識可詳見《知識就是力量》2021年9月刊)研究等領(lǐng)域取得了一些較有影響力的成果。更重要的是,基于大學(xué)期間學(xué)到的一些電磁學(xué)基礎(chǔ)理論知識,我改進(jìn)了低頻磁場傳感器(一種用于檢測和測量低頻磁場信號的設(shè)備)的設(shè)計(jì)方法,這對我今后的研究工作起到了重要的作用。

每個人的成長經(jīng)歷都是不同的,以興趣引導(dǎo)自己的人生規(guī)劃,讓主動性保持自己學(xué)習(xí)的勁頭,有了感興趣的研究方向后,一定要想辦法堅(jiān)持下去,我相信機(jī)會總會留給有準(zhǔn)備的人。

“電閃雷鳴”的未來

完成博士后研究后,我回國繼續(xù)開展中高層放電現(xiàn)象研究,同時還接觸了人工引雷(相關(guān)知識可詳見《知識就是力量》2021年10月刊),并將高靈敏度低頻磁場測量的技術(shù)應(yīng)用到人工引雷綜合測量中,發(fā)現(xiàn)了一些前人在觀測中沒有注意到的現(xiàn)象。2019年,我如愿回到曾經(jīng)學(xué)習(xí)的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),成為一名教師,將自己這些年得到的知識再傳授給學(xué)生們。

這些年,臨近空間(距地面20~100千米的空間區(qū)域,包括大氣平流層區(qū)域、中間大氣層區(qū)域和部分電離層區(qū)域)的研究越來越重要,它與國防領(lǐng)域息息相關(guān),是國際合作與競爭的新空域,而雷暴在中高層大氣中引發(fā)的諸多影響正在成為基礎(chǔ)研究的焦點(diǎn)。

雷電物理研究是一門交叉學(xué)科,想要從事相關(guān)領(lǐng)域的工作,需要你在中小學(xué)階段打下比較扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)知識基礎(chǔ),并對自然科學(xué)有濃厚的好奇心。同時,希望你擁有服務(wù)社會、報效祖國和人民的情懷,這正是我漫長求學(xué)路上的持久動力。

地球和空間科學(xué)研究的目的是了解整個地球體系中各個環(huán)節(jié)之間的相互關(guān)系,這些關(guān)系會受到許多元素的影響,是一個對復(fù)雜體系的研究工作,因此非常需要從系統(tǒng)的角度出發(fā)去看問題。民族的發(fā)展正需要我們,相信有朝一日,你也會進(jìn)入這一領(lǐng)域,和我一起“追逐”雷電。

(責(zé)任編輯 / 牛一名" 美術(shù)編輯 / 胡美巖)

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