Лазеры, используемые для направления ударов молнии в безопасную цель

Увеличить / Лазерный луч проходит возле громоотвода на башне Сентис. TRUMPF/Мартин Столлберг

Громоотводы защищают здания, обеспечивая путь с низким сопротивлением для прохождения зарядов между облаками и землей. Но они работают только в том случае, если молния первой находит этот путь. Фактический удар носит хаотичный характер, и нет никакой гарантии, что процессы, вызвавшие его, произойдут достаточно близко к громоотводу, чтобы гарантировать, что все будет работать, как задумано.

Команда европейских исследователей решила, что им не нравится эта случайность, и сумела безопасно направить несколько ударов молнии в телекоммуникационную вышку на вершине швейцарской горы. Их секрет? Лазеры, которые использовались для создания пути заряженных ионов, чтобы сгладить путь к громоотводу.

С лазерами все лучше

Основная проблема с направлением молнии заключается в том, что атмосферные явления, создающие заряженные частицы, происходят на значительной высоте относительно молниеотводов. Это позволяет молнии находить пути к земле, не затрагивающие громоотвод. Людям удалось установить связь между ними, используя небольшие ракеты, чтобы запустить токопроводящие кабели на высоту, где находились заряды. Но для его регулярного использования в конечном итоге потребуется много ракет, а все окружение будет окутано кабелями.

Идея использования лазеров для управления молнией стара, и впервые это предложение появилось в научной литературе в 1970-х годах. Лазерный луч достаточно высокой интенсивности имеет сложные отношения с воздухом, через который он проходит. Изменения, которые он вносит в воздух, помогают сфокусировать лазер, а испускаемые им электроны, как правило, рассеивают его. За это время молекулы в атмосфере, поглощающие свет, нагреваются и смещаются с его пути, создавая путь низкого давления в следе лазера. Важно отметить, что многие частицы, оставшиеся в этих нитях низкого давления, заряжены, что обеспечивает потенциальный путь для молнии.

Также можно формировать лазерные импульсы, чтобы контролировать начальную точку генерации этих нитей на расстоянии до километра от источника лазера.

Однако предыдущие попытки использовать лазеры для управления молнией дали неутешительные результаты. Тем не менее, неутешительные результаты часто не останавливают ученых от повторной попытки (или, по крайней мере, от повторной попытки аспирантов, согласно действующей теории, согласно которой все предыдущие аспиранты были некомпетентны). Это объясняет, почему группа исследователей оказалась в швейцарских Альпах, установив мощный лазер рядом с основанием большой телекоммуникационной башни Сентис, в которую молния обычно поражает около 100 раз в год.

Помимо частоты, башня является отличным местом для этих экспериментов, поскольку она оборудована для изучения молний. Приборы измеряют ток, проходящий через его громоотвод, и электромагнитные поля в этом районе, а также могут выполнять визуализацию на разных длинах волн, включая рентгеновские лучи.

Время решает все

В любом случае, исследователи думали, что на этот раз может быть иначе по одной ключевой причине: лазеры значительно улучшились. Теперь они могут стрелять намного быстрее; тот, который предназначен для этой работы, способен работать на частоте 1 килогерц. Это более чем в 100 раз превышает скорострельность любого лазера, использовавшегося ранее для такого рода работ. Исследователи говорят, что модели, включающие этот быстрый цикл, предполагают, что он создает более устойчивую нить заряженных частиц в воздухе.

И это сработало. В течение более чем шести часов испытаний башня получила четыре удара при активном лазере. Изображение одного из них, произошедшего при ясном небе, ясно показывает, как молния движется по траектории, заданной лазером, пока не ударит в башню.

Как и почти все ранее зарегистрированные удары молнии в башню Сентис, все четыре удара молнии начались с земли и распространились вверх. Но 85% записанных там нажатий связаны с подключением к пулу отрицательных зарядов в облаках. Напротив, четыре удара с лазерным наведением связаны с положительно заряженным пулом.

Моделирование исследователей показывает, что такая ориентация заряда облегчает преодоление зазора между башней и созданной лазером нитью, подтверждая идею о том, что эти четыре удара действительно были управляемы лазером.

Это не означает, что мы можем случайным образом вызвать молнию по желанию или высосать всю опасность из облаков, если это необходимо. Все эти удары сопровождались грозовой активностью в окрестностях, и башня была...