激光束改变雷击路径

激光束改变雷击路径

时间戳记：24年2023月4日，凌晨45:XNUMX

激光制导闪电
激光制导闪电 一束激光射向瑞士阿尔卑斯山桑蒂斯山 124 米高的电信塔旁的天空。 （礼貌：TRUMPF/Martin Stollberg）

一个国际科学家小组发现，向天空发射激光束可以改变雷击路径。 研究人员表示，他们的工作可以为机场和其他关键基础设施提供更好的防雷保护，并为超短激光的新大气应用铺平道路。

卫星数据表明，全世界每秒有 40 到 120 次闪电——包括云对地闪电和云闪电。 云层和地球表面之间的这种静电放电每年导致数千人死亡和数十亿美元的损失。

最常见的雷击保护措施是避雷针，也称为富兰克林棒。 这种导电金属桅杆为闪电提供了优先打击点，并将放电安全地引导至地面。

但富兰克林棒并不总是能完美工作并且提供有限的覆盖范围。 它们保护的区域的半径大致等于它们的高度：一根 10 米长的杆可以保护半径为 10 米的区域。 这意味着大面积基础设施的可靠保护需要多个或不可行的高杆。

作为替代方案，科学家们提出可以使用强激光脉冲来引导雷击。 以前只在实验室条件下探索过的想法是，激光束将充当一个大的可移动杆。

基于激光的避雷针背后的基本理论是，将强烈而短的激光脉冲发射到空气中，在那里它们变得足够强以电离空气分子。 沿着这些电离激光脉冲的狭长通道，空气分子被迅速加热并以超音速排出。 这留下了密度降低的长寿命空气通道，这些通道比周围区域更具导电性，为闪电放电提供了更容易的路径。

“当非常高功率的激光脉冲发射到大气中时，光束内部会形成非常强的光丝，”解释说 让-皮埃尔·沃尔夫，日内瓦大学物理学家。 “这些灯丝电离空气中的氮气和氧气分子，然后释放出可以自由移动的电子。 这种被称为等离子体的电离空气变成了电导体。”

为了验证这个想法，沃尔夫和来自欧洲和美国的一组研究人员前往欧洲闪电热点之一：瑞士东北部的桑蒂斯山。 在这座 2500 米的山顶上有一座 124 米高的电信塔，每年被闪电击中约 100 次。

该团队在通讯塔附近安装了专门开发的激光器。 激光的大小相当于一辆大型汽车，重量超过三吨，它以每秒大约一千个脉冲的速度发射皮秒持续时间和 500 mJ 能量的脉冲。 在 2021 年 6.3 月至 3 月期间，研究人员在距离塔 XNUMX 公里内发生的总共 XNUMX 小时的雷暴活动中操作激光器。

在两个月的实验期间，塔被至少 16 次闪电击中，其中 XNUMX 次发生在激光活动期间。 所有这四次向上的雷击都被激光转移了。 科学家们使用塔上的雷电电流测量、电磁场天线和 X 射线传感器来捕获闪电放电产生的电磁波和 X 射线爆发的细节，以确认雷击的位置。

其中一次袭击的路径也被两台高速摄像机记录下来。 图像显示，雷击最初沿着激光的路径移动了大约 50 m。

“从使用激光的第一次闪电事件中，我们发现放电可以在到达塔之前跟随光束近 60 m，这意味着它将保护表面的半径从 120 m 增加到 180 m，”Wolf 说。

研究人员在报告中报告了他们的结果 自然光子学“.

时间戳记：

更多来自 物理世界