Це перша реальна демонстрація технології, яка може покращити захист від блискавки.
Подібно до високотехнологічного молота Тора, потужний лазер може схопити блискавку та змінити її шлях у небі.
Під час експерименту на вершині гори такий лазер нахилив блискавку до громовідводу , повідомляють дослідники онлайн 16 січня в Nature Photonics . Вчені раніше використовували лазери для боротьби з електрикою в лабораторії, але це перша демонстрація того, що ця техніка працює в реальних штормах і колись може призвести до кращого захисту від блискавки.
Сьогодні найпоширенішою технологією захисту від блискавки є класичний громовідвод, металевий стовп довжиною в один метр, укорінений у землю. Провідність металу приваблює блискавку, яка інакше могла б вразити довколишні будівлі або людей, безпечно подаючи цю електрику в землю. Але площа, екранована громовідводом, обмежена висотою громовідводу.
«Якщо ви хочете захистити якусь велику інфраструктуру, як-от аеропорт, стартовий майданчик для ракет чи вітряну електростанцію… тоді для надійного захисту вам знадобиться громовідвод розміром у кілометр чи сотні метрів», — каже Орельєн Хуар, фізик Паризького політехнічного інституту в Палезо, Франція. Такий високий металевий стовп буде непрактичним. Але лазер може досягти такої відстані, перехоплюючи віддалені блискавки та направляючи їх до наземних металевих стрижнів.
Хоуард і його колеги випробували цю ідею на вершині гори Сентіс на північному сході Швейцарії. Вони встановили потужний лазер біля телекомунікаційної вежі з громовідводом, у яку блискавка влучає приблизно 100 разів на рік. Лазер спрямовувався на небо близько шести годин під час грози з липня по вересень 2021 року.
Лазер випромінював на хмари короткі, інтенсивні спалахи інфрачервоного світла приблизно 1000 разів на секунду. Цей ланцюг світлових імпульсів відривав електрони від молекул повітря та збивав деякі молекули повітря зі свого шляху, вирізаючи канал із зарядженої плазми низької густини. Подібно до розчищення доріжки через ліс і влаштування тротуару, ця комбінація ефектів полегшила протікання електричного струму по цьому маршруту ( SN: 3/5/14 ). Це створило шлях найменшого опору для блискавки по небу.
Команда Говарда налаштувала свій лазер так, щоб він утворив цей електропровідний шлях трохи вище верхівки вежі. Це дозволило громовідводу вежі перехопити стрілу, зачеплену лазером, перш ніж вона проскочила до лазерного обладнання.
Поки працював лазер, у вежу чотири рази влучила блискавка. Один із цих ударів стався при досить ясному небі, що дозволило двом високошвидкісним камерам зафіксувати цей момент. На цих зображеннях було видно, як блискавка зигзагами спускається з хмар і слідує за лазерним світлом приблизно на 50 метрів до громовідводу вежі.
Щоб відстежити шляхи трьох стріл, які вони не бачили, дослідники дивилися на радіохвилі, що випромінюються блискавкою. Ці радіохвилі показали, що три удари слідували за траєкторією лазера набагато ближче, ніж інші удари, які відбувалися, коли лазер був вимкнений. Це натякало на те, що лазер направив ці три удари також на громовідвод.
«Це справжнє досягнення», — каже Говард Мілчберг, фізик з Мерілендського університету в Коледж-Парку, який не бере участі в роботі. «Люди намагалися це зробити багато років». Головна мета вчених у викривленні блискавки за власним бажанням полягає в підвищенні безпеки, каже він. Але «якщо ця штука коли-небудь стане дійсно, дійсно ефективною, і ймовірність спрямування розряду збільшиться значно більше, ніж зараз, вона потенційно може навіть бути корисною для заряджання».
Вчений з атмосфери та космосу Роберт Хольцворт більш обережний щодо уявлень про застосування. «Вони показали лише 50 метрів [напрямної] довжини, а більшість каналів блискавки мають кілометрову довжину», — каже Хольцворт з Університету Вашингтона в Сіетлі. Тож масштабування лазерної системи для отримання корисного охоплення може потребувати багато зусиль.
За словами Гуарда, використання високочастотного лазера з більшою енергією може розширити його охоплення. «Це перший крок до створення кілометрового громовідводу».