Лазер размером с автомобиль отразил молнию на вершине горы в Швейцарии

Ученым удалось создать виртуальный громоотвод с помощью большого мощного лазера на вершине горы в Швейцарии, успешно отклоняя траекторию ударов молнии.Технология отклонения молнии не сильно изменилась с тех пор, как Бен Франклин изобрел громоотвод в 1752году. Штанга Франклина, или заостренная металлическая мачта на крыше зданий и других сооружений, уязвимых для ударов молнии, работает, перехватывая молнии и направляя удары безопасно на землю.

Но зона защиты стержней Франклина зависит от их высоты — громоотвод высотой 10 метров (32,8 фута) защищает область радиусом 10 метров.

Поскольку высота громоотводов не бесконечна, большие расстояния, такие как аэропорты, стартовые площадки, электростанции, ветряные электростанции и атомные электростанции, представляют собой проблему. Молния вызывает до 24 000 смертей в год и может привести к отключению электроэнергии, лесным пожарам и повреждению инфраструктуры, согласно исследованию, детализирующему результаты, опубликованные в понедельник в журнале Nature Photonics.

Ученые решили проверить, может ли лазерный луч, направленный в небо, действовать как один большой виртуальный и подвижный громоотвод. Предыдущие исследования подтвердили идею о том, что лазерные импульсы могут влиять на траекторию ударов молнии, но эта работа проводилась только в лаборатории.Лазер размером с большой автомобиль был установлен рядом с телекоммуникационной вышкой на вершине горы Санти на северо-востоке Швейцарии. Молния ударяет в башню около 100 раз в год.

Исследователи активировали лазер летом 2021 года более чем на шесть часов во время гроз в период с июня по сентябрь. Лазерный громоотвод, как его называют члены европейского консорциума, который его разработал, смог отразить четыре удара молнии.

Высокоскоростные камеры зафиксировали удары, и другие наблюдения были сделаны с использованием высокочастотных электромагнитных волн, создаваемых молнией, а также рентгеновских вспышек, связанных с ударами.“Когда лазерные импульсы очень высокой мощности излучаются в атмосферу, внутри луча образуются нити очень интенсивного света”, - говорится в заявлении соавтора исследования Жан-Пьера Вольфа, профессора прикладной физики Женевского университета.

“Эти нити ионизируют молекулы азота и кислорода в воздухе, которые затем высвобождают электроны, которые могут свободно перемещаться. Этот ионизированный воздух, называемый плазмой, становится электрическим проводником ”.Каналы заряженных частиц лазера помогали направлять удары молнии вдоль лазерного луча. Лазер был способен генерировать до 1000 импульсов в секунду.Лазерный громоотвод весит более 3 тонн, имеет ширину 1,5 метра (4,9 фута) и длину 8 метров (26,2 фута).

Устройство было испытано на высоте 2 502 метра (8 208 футов) на вершине горы Санти и было разработано мюнхенской компанией TRUMPF scientific lasers, базирующейся в Германии, для работы даже в сложных погодных условиях, таких как туман, который часто стелется вокруг вершины горы.

“Главная трудность заключалась в том, что это была кампания в натуральную величину. Нам нужно было подготовить среду, в которой мы могли бы установить и защитить лазер ”, - сказал соавтор исследования Пьер Вальх, докторант Лаборатории прикладной оптики, совместного исследовательского подразделения Парижского политехнического института, Французского национального центра научных исследований, Политехнической школы и ENSTA Paris. заявление.Каждый раз, когда во время эксперимента вокруг горы прогнозировалась штормовая активность, этот район закрывался для воздушного движения.

“Цель состояла в том, чтобы увидеть, есть ли разница с лазером или без него”, - сказал ведущий автор исследования Орельен Хуар, научный сотрудник Лаборатории прикладной оптики. “Мы сравнили данные, собранные, когда над башней была создана лазерная нить накаливания, и когда в башню естественным образом ударила молния”.Исследовательская группа почти год работала над анализом данных, собранных в ходе эксперимента.

“С момента первого события молнии с использованием лазера мы обнаружили, что разряд может следовать за лучом почти на 60 метров (196 футов), прежде чем достичь башни, - сказал Вольф. - Это означает, что он увеличил радиус защитной поверхности со 120 метров (393 фута) до 180 метров (590 футов)”.Затем исследовательская группа хочет увеличить возможности лазера, расширив его радиус действия и зону защиты в надежде, что однажды его можно будет использовать в качестве традиционной альтернативы громоотводу для обширных областей.