Эксперимент показывает, что запуск лазера в небо может отклонить молнию
Не пытайтесь делать это дома, но, направляя лазерный луч в небо, можно предотвратить удары молнии, согласно новому исследованию группы ученых, которые экспериментировали с лазерами на вершине швейцарской горы, где стоит огромная металлическая телекоммуникационная башня. .
Физик Орельен Уар из Лаборатории прикладной оптики Французского национального центра научных исследований в Париже и его коллеги выдержали несколько часов грозовой активности, чтобы проверить, может ли лазер отводить удары молнии от критически важной инфраструктуры. В телекоммуникационную вышку ударяет молния примерно 100 раз в год.
Это примерно столько же, сколько вспышек молнии бьют в планету Земля или трещат между облаками каждую секунду. 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 изобретенный металлический шпиль. в 18в веке Бенджамином Франклином, который обнаружил, что удары молнии представляют собой зигзагообразные разряды электричества. Эти стержни соединяются с металлическими тросами, спускающимися по зданиям и закрепляющимися в земле, рассеивая энергию молнии.
Хоуард и его коллеги хотели разработать лучший способ защиты от ударов молнии, борясь с электричеством с помощью света.
p>
«Несмотря на то, что эта область исследований была очень активной в течение более 20 лет, это первый полевой результат, который экспериментально демонстрирует молнию, управляемую лазером», — пишут они в своей опубликованной статье.
С увеличение количества экстремальных погодных явлений, вызванных изменением климата на радаре, защита от молний становится все более важной.
Экспериментальная кампания проводилась летом 2021 года на горе Сентис на северо-востоке Швейцарии. Короткие интенсивные лазерные импульсы были направлены в облака во время серии гроз и успешно отклонили четыре восходящих разряда молнии от вершины башни.
Еще 12 ударов молнии попали в башню во время тех грозовых периодов, когда лазер не работал.
Один раз, когда небо было ясным достаточно, чтобы запечатлеть действие на двух отдельных высокоскоростных камерах, удар молнии был зафиксирован по пути лазера на 50 метров (164 фута).
Датчики на телекоммуникационной башне также зафиксировали электрические поля, и рентгеновские лучи, генерируемые для обнаружения активности молнии и подтверждения ее пути, которые вы можете увидеть в реконструкции на видео ниже.
Для идеи, впервые выдвинутой в 1974 году и тщательно протестированной в лаборатории, наконец, он работает так, как задумано в реальном мире. Несколько более ранних 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», — пишет Хоуард. и коллеги.
Хотя исследователи все еще выясняют, почему лазеры работали в их испытаниях, а не в более ранних экспериментах, у них есть несколько идей. Лазер Хоуард и его коллеги использовали скорость до тысячи импульсов в секунду, намного быстрее, чем другие используемые лазеры, позволяя зеленому лучу перехватывать все предвестники молнии, формирующиеся над башней.
Но зарегистрированы только лазерные события. казалось, отклоняет положительные вспышки молнии, которые производятся положительно заряженным облаком и генерируют отрицательно заряженные восходящие «лидеры».
Так как же это работает?
Как объясняют Хоуард и его коллеги в их бумаги, лазер, направленный в небо, изменяет светоизгибающие свойства воздуха, заставляя лазерный импульс сжиматься и усиливаться, 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 лазере. путь», по которому будет следовать молния, пишут исследователи.
В лаборатории с помощью лазеров управляли многометровыми электрическими разрядами, но этот метод впервые сработал во время грозы. Условия работы лазера были отрегулированы таким образом, чтобы начало филаментарного поведения начиналось чуть выше вершины башни.
«Эта работа прокладывает путь к новым атмосферным применениям ультракоротких лазеров и представляет собой важный шаг вперед в развитии молниезащиты на основе лазера для аэропортов, стартовых площадок или крупных объектов инфраструктуры», — заключают Хоуард и его коллеги.
Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics
.
