《地球物理研究快报》：科学家用高速照相机获得的独特图像揭示避雷针是如何工作的

高速摄像机捕捉到的图像显示，几个避雷针试图连接到向下的物理放电。Credit: Diego Rhamon/INPE
（神秘的研究地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by José Tadeu Arantes, FAPESP）：凭借高速相机和在正确时间出现在正确地点的运气，巴西国家空间研究所(INPE)的快报科学研究员物理学家Marcelo Saba和博士候选人Diego Rhamon获得了一张独特的闪电图像，显示了与附近建筑物的家用机获揭示联系细节。
这张照片出现在2022年12月28日发行的高速工作《地球物理研究快报》(GRL)的封面上，其中有一篇以萨巴为第一作者的照相针何文章。
“这张照片是图像在圣保罗州圣若泽多斯坎波斯的一个夏日傍晚拍摄的，当时一个带负电的避雷闪电以每秒370公里的速度接近地面。当它距离地面几十米时，地球得的独特附近建筑物顶部的物理避雷针和高物体产生正向向上的放电，竞争连接到向下的研究雷击。连接之前的快报科学最终图像是在闪电击中其中一座建筑物之前的千分之二十五秒获得的，”Saba说。家用机获揭示
他使用了一台每秒拍摄4万帧的高速工作相机。当视频以慢动作播放时，它显示了闪电放电的行为，以及如果保护系统安装不当，它们会有多危险:尽管附近有30多个避雷针，但雷击并没有连接到它们，而是连接到一座建筑物顶部的烟囱。“安装过程中的一个缺陷导致该区域没有受到保护。30，000安培放电的影响造成了巨大的破坏，”他说。
平均而言，所有雷击中有20%涉及云和地面之间的放电交换。另外80%发生在云层中。几乎所有接触土壤的撞击都是云对地放电。向上的撞击也会发生，但很少发生，而且是从高山、摩天大楼、高塔和天线等高层建筑的顶部开始。根据转移到地面的电荷，雷击也可分为负雷击和正雷击。
“雷击距离可长达100公里，传输电流高达30，000安培，相当于30，000个100瓦灯泡同时使用的电流。在某些情况下，电流可以达到30万安培。典型的雷击温度为30000摄氏度，是太阳表面温度的五倍，”萨巴说。
雷击是如何形成的
他解释说，这一切都始于云电气化。这种机制知之甚少，但基本上涉及冰颗粒、水滴和冰雹之间的摩擦，释放电荷，并在不同的云区之间产生极性，电势差从1亿伏到10亿伏不等。
“记住，风暴云是巨大的结构。底部距离地面2公里至3公里，顶部高度可达20公里，直径可达10公里至20公里，”他说。
当电荷寻找电阻最小的路径，而不是最短的路径，也就是直线时，雷击就会分叉。阻力最小的路径通常是曲折的，它是由不均匀的大气的不同电特性决定的。“由多次放电组成的雷击可持续2秒钟。然而，每次放电只持续几分之一毫秒，”萨巴说。
他补充说，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“排放”云。它们只是为闪电提供了一条简单安全的接地路线。
因为依靠避雷针的保护并不总是可能的，而且大多数大气放电发生在热带地区的夏季，所以值得考虑Saba的建议。“下午的暴风雨比早上更频繁，所以夏天下午的户外活动要小心。如果你听到雷声，找个地方躲起来，但千万不要躲在树下或电线杆下，也不要躲在摇摇欲坠的屋顶下，”他说。
“如果你找不到安全的地方躲避，就呆在车里，等风暴过去。如果没有汽车或其他遮蔽物，双脚并拢蹲下。不要直立或平躺。在室内，避免接触电器和固定电话。”
被雷击中幸存是有可能的，这样的例子很多。如果患者迅速接受治疗，几率会增加。“心脏骤停是死亡的唯一原因。在这种情况下，心肺复苏是推荐的治疗方法，”萨巴说。
Saba在2003年开始用高速摄像机系统地研究闪电，此后建立了一个高速拍摄的闪电视频集，成为世界上最大的视频集。