Лазерный громоотвод: ученые впервые направляют молнии с помощью лазерных лучей

Громоотводы веками использовались для направления ударов молнии, но теперь ученые продемонстрировали нечто более совершенное, чем скромный металлический стержень. Было показано, что излучение мощного лазера в небо отклоняет разряды молнии, что может привести к созданию лазерных молниеотводов, защищающих более широкую область от опасных ударов.

Молния — одно из самых энергичных природных явлений, высвобождающее миллионы вольт за доли секунды. Она, конечно, может быть разрушительна, повреждая здания, отключая электричество, вызывая пожары, травмы и смерть.

На протяжении веков лучшей защитой от ударов молнии был громоотвод, простой металлический стержень, прикрепленный к высоким зданиям, который притягивает электричество и безопасно направляет его в землю.

Но у них ограниченный радиус действия — 10-метровый громоотвод может защитить территорию всего в 10 метров вокруг себя. Для защиты такого большого здания, как, скажем, аэропорт или ветряная электростанция, требуются невероятно большие громоотводы.

Теперь исследователи продемонстрировали более эффективную новую систему. Лазерный громоотвод (LLR) включает в себя, как следует из названия, луч лазера, направленного в облака во время грозы, чтобы проложить путь наименьшего сопротивления для прохождения электричества. И он может простираться намного дальше, чем обычный громоотвод.

«Когда в атмосферу излучаются лазерные импульсы очень высокой мощности, внутри луча образуются нити очень интенсивного света», — сказал Жан-Пьер Вольф, автор исследования.

«Эти нити ионизируют молекулы азота и кислорода, присутствующие в воздухе, которые затем высвобождают свободные электроны для движения. Такой ионизированный воздух, называемый «плазмой», становится электрическим проводником».

Чтобы продемонстрировать концепцию, ученые разработали новую лазерную систему со средней мощностью 1 кВт, пульсирующую примерно 1000 раз в секунду, высвобождая один джоуль энергии за импульс.

Она была установлена на вершине Сантиса, самой высокой горы в Швейцарских Альпах, рядом с башней, которая ежегодно привлекает около 100 ударов молнии.

В период с июня по сентябрь команда тестировала систему во время штормов, пронесшихся по региону. Лазер был направлен в небо рядом с вершиной башни, чтобы попытаться привлечь молнию к лучу до того, как она достигнет обычного громоотвода башни.

В течение того лета четыре удара молнии попали в башню, когда был включен лазер, и, все прошло так, как предполагали исследователи.

«Мы обнаружили, что после первого случая молнии разряд может следовать за лучом почти на 60 метров, прежде чем достигнет башни, тем самым увеличив радиус защитной поверхности со 120 м до 180 м», — сказал Жан-Пьер Вольф.

Идея использования лазеров в качестве громоотводов существует уже давно и показала многообещающие результаты в лабораторных экспериментах, но ученые говорят, что впервые это было продемонстрировано в реальном мире.

По словам команды, конечной целью проекта LLR является использование лазера для расширения влияния 10-метрового громоотвода на 500 метров.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics.