Как Показывает Эксперимент Запуск Лазера В Небо Может Отвести Молнию

Не пытайтесь делать это дома, но направленный в небо лазер может предотвратить удары молнии, согласно новому исследованию группы ученых, которые экспериментировали с лазерами на вершине швейцарской горы, где стоит огромная металлическая телекоммуникационная башня.

Физик Орельен Хуар из Лаборатории прикладной оптики Французского национального центра научных исследований в Париже и его коллеги пережили многочасовую грозу, чтобы проверить, может ли лазер отводить удары молнии от критической инфраструктуры. В телекоммуникационную башню ударяет молния примерно 100 раз в год.

Это похоже на количество вспышек молнии, которые каждую секунду поражают планету Земля или трещат между облаками. В совокупности эти удары могут нанести ущерб аэропортам и стартовым площадкам на миллиарды долларов, не говоря уже о людях.

Наша лучшая защита от ударов молнии – это стержень Франклина, не что иное, как металлический шпиль, изобретенный в 18 веке Бенджамином Франклином, который обнаружил, что удары молнии представляют собой зигзагообразные разряды электричества. Эти стержни соединяются с металлическими кабелями, которые проходят по зданиям и крепятся к грунту, рассеивая энергию молнии.

Хуар и его коллеги хотели разработать лучший способ защиты от ударов молнии, борясь с электричеством с помощью света.

«Хотя эта область исследований была очень активной более 20 лет, это первый полевой результат, который экспериментально демонстрирует молнию, управляемую лазерами», – пишут они в своей опубликованной статье.

С увеличением числа экстремальных погодных явлений, вызванных изменением климата, молниезащита становится все более важной.

Экспериментальная кампания проходила летом 2021 года на горе Санти на северо-востоке Швейцарии. Короткие, интенсивные лазерные импульсы были направлены в облака во время серии гроз и успешно отвели четыре восходящих разряда молнии от вершины башни.

Лазерная и телекоммуникационная башня на вершине горы Санти в Швейцарии.

Еще 12 ударов молнии обрушились на башню в те периоды грозы, когда лазер был неактивен.

Однажды, когда небо было достаточно ясным, чтобы запечатлеть происходящее на две отдельные высокоскоростные камеры, был зафиксирован удар молнии, следующий по траектории лазера на протяжении 50 метров.

Датчики на телекоммуникационной башне также регистрировали электрические поля и рентгеновские лучи, генерируемые для обнаружения активности молнии и подтверждения ее траектории, которую вы можете увидеть реконструированной на видео ниже.

Что касается идеи, впервые выдвинутой в 1974 году и тщательно протестированной в лаборатории, то приятно видеть, что она наконец-то работает так, как задумано в реальном мире. Несколько предыдущих полевых испытаний, одно в Мексике, а другое в Сингапуре, не смогли найти никаких доказательств того, что лазеры могут отражать удары молнии.

«Эти предварительные результаты должны быть подтверждены дополнительными кампаниями с новыми конфигурациями», – пишут Хуард и его коллеги.

Пока исследователи все еще выясняют, почему лазеры сработали в их испытаниях, но не в более ранних экспериментах, у них есть несколько идей. Используемый Хоуардом и его коллегами лазер выдает до тысячи импульсов в секунду, что намного быстрее, чем у других используемых лазеров, позволяя зеленому лучу перехватывать все предшественники молнии, формирующиеся над башней.

Но зарегистрированные лазерные события, по-видимому, только отклоняли вспышки молнии, которые производятся положительно заряженным облаком и генерируют отрицательно заряженные восходящие “лидеры”.

Так как же это работает?

Как объясняют Хуард и его коллеги в своей статье, лазер, направленный в небо, изменяет светоизлучающие свойства воздуха, заставляя лазерный импульс сжиматься и усиливаться до тех пор, пока он не начнет ионизировать молекулы воздуха. Этот процесс называется филаментацией.

Молекулы воздуха быстро нагреваются на пути лазера, поглощая его энергию, а затем выбрасываются со сверхзвуковой скоростью. Это оставляет после себя “долгоживущие” каналы менее плотного воздуха, которые обеспечивают путь для электрических разрядов.

«При высокой частоте повторения лазера эти долгоживущие заряженные молекулы кислорода накапливаются, сохраняя память о лазерном пути», – пишут исследователи.

Метровые электрические разряды управлялись лазерами в лаборатории, но это первый случай, когда техника сработала во время грозы. Условия работы лазера были отрегулированы таким образом, чтобы инициирование нитевидного поведения начиналось чуть выше кончика башни.

«Эта работа открывает путь для новых атмосферных применений ультракоротких лазеров и представляет собой важный шаг вперед в разработке лазерной молниезащиты для аэропортов, стартовых площадок или крупных инфраструктур», – заключают Хуард и его коллеги.

Источник новости Nature Photonics