Ученые начали управлять молнией с помощью лазеров — вот как

Молния ежегодно убивает тысячи людей; единственная защита у нас есть это громоотводы, которые изобрели 300 лет назад

Начало

Молния может выглядеть красиво, но каждый год она убивает тысячи людей, наносит огромный ущерб зданиям и инфраструктуре и вызывает перебои в подаче электроэнергии.

Единственная защита, которая у нас есть, это громоотводы, которые были изобретены 300 лет назад и защищают лишь небольшую площадь.

Стоимость ущерба от ударов молнии в здания трудно определить в глобальном масштабе, но выплаты страховых компаний на ремонт домов и предприятий в 2020 году в США составили примерно 2 миллиарда долларов (1,6 миллиарда фунтов стерлингов) . Страховые данные из Великобритании показывают, что затраты на покрытие ударов молнии растут.

Швейцарские ученые использовали лазер для перемещения молнии.

Проблема, вероятно, только усугубится, поскольку климатический кризис вызывает всплеск лесных пожаров во всем мире, что увеличивает количество ударов молнии. Исследование 2014 года показало, что количество ударов увеличивается на 12 процентов на каждый градус (по Цельсию) глобального потепления.

У молниеотводов есть свое применение, но ученые искали лучший способ контролировать место удара молнии, и, согласно новому исследованию, решением может стать лазер.

Как они это сделали

Этот последний эксперимент был проведен рядом с телекоммуникационной вышкой на горе Сантис в Швейцарии, в которую часто ударяет молния — примерно 100 раз в год, хотя сама башня защищена громоотводом.

Результаты исследования показали, что молния текла почти по прямой линии рядом с лазерными импульсами, но удары молнии были более случайными, когда лазер был выключен.

Хотя это исследование не является первой попыткой направить молнии, оно впервые показывает, что это возможно. Ученые объяснили это использованием мощного лазера и большой высоты над уровнем моря. На больших высотах воздух менее плотный. Это облегчает прохождение тока, а это означает, что для будущих экспериментов на уровне моря потребуется более мощный лазер.

Лазер на вершине Сентиса (2500 м) был сфокусирован над башней передатчика высотой 124 м, оснащенной традиционным молниеотводом.

Чтобы понять, как ученые использовали свет для изменения пути электричества, вам нужно понять, что на самом деле представляет собой молния: поток заряженных частиц из одного места в другое. Частицы в облаках в основном электрически нейтральны, когда они формируются, но накапливают как положительный, так и отрицательный заряд. Облако хочет стать нейтральным, обменявшись зарядом с землей.

Тип освещения, с которым знакомо большинство людей, — это зубчатые удары яркого света, видимые между землей и облаками, но есть и другие типы. Молния может путешествовать между облаками. Он также может перемещаться из облаков вверх в верхние слои атмосферы. Это может даже вызвать полосы красного свечения воздуха там, где более разреженная атмосфера нагревается. Затем эта тепловая энергия высвобождается в виде света.

По мере того, как заряд в облаке накапливается, он достигает невероятно высокого напряжения (примерно эквивалентного 8 миллионам автомобильных аккумуляторов, соединенных вместе), что разрывает путь в воздухе. Электрический ток, необходимый для разделения компонентов воздуха, обычно составляет около 300 миллионов вольт на квадратный метр.

Толкающая сила этого огромного напряжения в электрически заряженном (ионизированном) воздухе позволяет заряду облака стекать вниз и разряжаться в землю или близлежащие здания. Этот ток будет следовать по наиболее электропроводящему пути.

Вот почему громоотводы иногда используются для защиты зданий от молнии. Металл обладает большей электропроводностью, чем воздух, поэтому, если вы поместите большой стержень в землю, путь молнии будет более легким, чем по воздуху. Однако он может защитить только небольшую территорию.

Многие исследователи считают, что некоторые грозы могут быть вызваны космическими лучами (высокоэнергетическими частицами из-за пределов Солнечной системы). Эти частицы проходят через атмосферу и взаимодействуют с воздухом, создавая ионизированный путь в направлении их движения. Это теория, в которой исследователи расходятся во мнениях относительно того, влияет ли она на общее количество ударов молнии по всему миру.

Ученые использовали мощный лазер, чтобы попытаться создать ионизированные пути подобно теории космических лучей. Стрельба быстрыми (1000 раз в секунду) энергетическими импульсами с помощью лазера нагревает воздух и ионизирует его, на короткое время становясь проводящим. Удар молнии будет иметь меньшее сопротивление на этом пути и, следовательно, будет более склонен течь в этом направлении.

Если эта технология будет усовершенствована, однажды она может помочь защитить инфраструктуру, такую ​​как аэропорты и атомные электростанции. Его можно было бы даже использовать в более продвинутой форме для защиты домов с помощью лазера на безопасном расстоянии. Тем не менее, вряд ли он появится рядом с вами в ближайшее время, хотя бы по одной причине, кроме затрат на электроэнергию.

Ян Уиттакер, старший преподаватель физики, Университет Ноттингем Трент

Источник