Лазерный луч отклоняет путь ударов молнии

Международная группа ученых обнаружила, что запуск лазерного луча в небо может изменить направление удара молнии. Исследователи говорят, что их работа может привести к улучшению молниезащиты аэропортов и других важных инфраструктур, а также проложить путь к новым атмосферным применениям ультракоротких лазеров.

Спутниковые данные показывают, что в мире каждую секунду происходит от 40 до 120 вспышек молний, ​​в том числе облачных и облачных. Такие электростатические разряды между облаками и поверхностью Земли ежегодно несут ответственность за тысячи смертей и ущерб на миллиарды долларов.

Наиболее распространенной защитой от ударов молнии является громоотвод, также известный как стержень Франклина. Эта электрически проводящая металлическая мачта обеспечивает предпочтительное место удара молнии и безопасно направляет электрический разряд на землю.

Но удилища Franklin не всегда работают идеально и обеспечивают ограниченное покрытие. Радиус зоны, которую они защищают, примерно равен их высоте: 10-метровый стержень защитит область радиусом 10 м. Это означает, что для надежной защиты больших площадей инфраструктуры требуются многочисленные или невероятно высокие стержни.

В качестве альтернативы ученые предложили использовать интенсивные лазерные импульсы для направления ударов молнии. Идея, которая ранее исследовалась только в лабораторных условиях, заключается в том, что лазерный луч будет действовать как большой подвижный стержень.

Основная теория громоотвода на основе лазера заключается в том, что интенсивные и короткие лазерные импульсы запускаются в воздух, где они становятся достаточно интенсивными, чтобы ионизировать молекулы воздуха. По этим длинным узким каналам ионизирующих лазерных импульсов молекулы воздуха быстро нагреваются и выбрасываются со сверхзвуковой скоростью. Это оставляет после себя долгоживущие каналы воздуха с пониженной плотностью, которые являются более электропроводными, чем окружающие области, предлагая более легкий путь для прохождения электрических разрядов молнии.

«Когда в атмосферу излучаются очень мощные лазерные импульсы, внутри луча образуются нити очень интенсивного света», — объясняет Жан-Пьер Вольф, физик Женевского университета. «Эти нити ионизируют молекулы азота и кислорода в воздухе, которые затем высвобождают электроны, которые могут свободно двигаться. Этот ионизированный воздух, называемый плазмой, становится электрическим проводником».

Чтобы проверить эту идею, Вольф и группа исследователей из Европы и США направились в одну из горячих точек Европы: гору Сентис на северо-востоке Швейцарии. На вершине этой горы высотой 2500 м находится телекоммуникационная башня высотой 124 м, в которую молния попадает около 100 раз в год.

Команда установила специально разработанный лазер рядом с вышкой связи. Лазер размером с большой автомобиль и весом более трех тонн излучал импульсы пикосекундной длительности и энергии 500 мДж с частотой около тысячи импульсов в секунду. В период с июля по сентябрь 2021 года исследователи использовали лазер в течение 6.3 часов во время грозовой активности, которая происходила в пределах 3 км от башни.

Могут ли лазеры направлять и контролировать путь молнии?

За двухмесячный экспериментальный период в башню попало не менее 16 вспышек молнии, четыре из которых произошли во время лазерной активности. Все четыре восходящих удара молнии были отражены лазером. Ученые использовали измерения тока молнии на башне, антенны электромагнитного поля и рентгеновские датчики, чтобы зафиксировать детали электромагнитных волн и вспышек рентгеновского излучения, генерируемых разрядами молнии, чтобы подтвердить место ударов.

Путь одного из ударов также зафиксировали две высокоскоростные камеры. На изображениях видно, что сначала удар молнии следовал по пути лазера примерно на 50 м.

«После первого случая молнии с использованием лазера мы обнаружили, что разряд может следовать за лучом почти на 60 м, прежде чем достигнет башни, что означает увеличение радиуса защитной поверхности со 120 м до 180 м», — говорит Вольф.

Исследователи сообщают о своих результатах в Nature Photonics.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/