Лазерний промінь відхиляє шлях ударів блискавки

Міжнародна група вчених виявила, що випромінювання лазерного променя в небо може відхилити шлях удару блискавки. Дослідники кажуть, що їхня робота може призвести до кращого захисту від блискавок для аеропортів та інших критично важливих об’єктів інфраструктури, а також прокласти шлях для нових застосувань ультракоротких лазерів в атмосфері.

Супутникові дані свідчать про те, що в усьому світі щосекунди відбувається від 40 до 120 спалахів блискавок, включаючи спалахи хмари-землі та хмари. Такі електростатичні розряди між хмарами та поверхнею Землі щороку спричиняють тисячі смертей і збитки на мільярди доларів.

Найпоширенішим захистом від ударів блискавки є громовідвод, також відомий як стрижень Франкліна. Ця електропровідна металева щогла забезпечує найкращу точку ураження блискавки та безпечно направляє електричний розряд на землю.

Але стрижні Франкліна не завжди працюють ідеально і забезпечують обмежене покриття. Ділянка, яку вони захищають, має радіус, приблизно еквівалентний їхній висоті: 10-метровий стрижень захистить територію з радіусом 10 метрів. Це означає, що надійний захист великих ділянок інфраструктури вимагає кількох або невиправдано високих стрижнів.

В якості альтернативи вчені запропонували використовувати інтенсивні лазерні імпульси для управління ударами блискавки. Ідея, яка раніше досліджувалася лише в лабораторних умовах, полягає в тому, що лазерний промінь діятиме як великий рухомий стрижень.

Основна теорія лазерного громовідводу полягає в тому, що інтенсивні та короткі лазерні імпульси пускаються в повітря, де вони стають достатньо інтенсивними для іонізації молекул повітря. Уздовж цих довгих вузьких каналів іонізуючих лазерних імпульсів молекули повітря швидко нагріваються та викидаються з надзвуковою швидкістю. Це залишає за собою довгоживучі канали повітря зі зниженою щільністю, які є більш електропровідними, ніж навколишні регіони, пропонуючи легший шлях для електричних розрядів блискавки.

«Коли дуже потужні лазерні імпульси випромінюються в атмосферу, всередині променя утворюються нитки дуже інтенсивного світла», — пояснює Жан-П'єр Вольф, фізик Женевського університету. «Ці нитки іонізують молекули азоту та кисню в повітрі, які потім вивільняють електрони, які вільно рухаються. Це іонізоване повітря, яке називається плазмою, стає електричним провідником».

Щоб перевірити цю ідею, Вольф і команда дослідників з Європи та США вирушили до однієї з гарячих точок Європи: гори Сентіс на північному сході Швейцарії. На вершині цієї 2500-метрової гори знаходиться телекомунікаційна вежа заввишки 124 метри, у яку блискавка влучає приблизно 100 разів на рік.

Команда встановила спеціально розроблений лазер поблизу комунікаційної вежі. Розміром із великий автомобіль і вагою понад три тонни лазер випромінював імпульси пікосекундної тривалості й енергії 500 мДж зі швидкістю близько тисячі імпульсів на секунду. У період з липня по вересень 2021 року дослідники працювали з лазером протягом 6.3 годин грозової активності, що відбувалася в радіусі 3 км від вежі.

Чи можуть лазери спрямовувати та контролювати шлях блискавки?

За двомісячний експериментальний період у вежу вдарило щонайменше 16 спалахів блискавки, чотири з яких сталися під час лазерної дії. Усі ці чотири удари блискавки, спрямовані вгору, були відхилені лазером. Вчені використовували вимірювання струму блискавки на вежі, антени електромагнітного поля та рентгенівські датчики, щоб зафіксувати деталі електромагнітних хвиль і рентгенівських спалахів, створених розрядами блискавки, щоб підтвердити місце ударів.

Шлях одного з ударів також зафіксували дві високошвидкісні камери. Зображення показують, що блискавка спочатку проходила по траєкторії лазера приблизно на 50 м.

«Починаючи з першого удару блискавки за допомогою лазера, ми виявили, що розряд міг слідувати за променем протягом майже 60 м, перш ніж досягти вежі, тобто він збільшив радіус захисної поверхні зі 120 м до 180 м», — говорить Вулф.

Дослідники повідомляють про свої результати в Природа Фотоніка.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/