Під час потужної грози у швейцарських Альпах дослідники вперше змогли керувати ударами блискавки за допомогою лазера.
Блискавки — це потужні електричні розряди між хмарами або між хмарами та землею. Температура заряду досягає 30 000° C, що приблизно в п’ять разів гарячіше, ніж на поверхні Сонця. Щосекунди в Землю влучає близько 100 блискавок, а за рік їх збереться понад мільярд. Блискавки не лише завдають руйнувань та збитків, що обчислюються десятками мільярдів доларів, а й призводять до тисяч смертей.
Традиційні блискавковідводи використовувались ще з середини 18 століття, коли Бенджамін Франклін вперше провів свій знаменитий експеримент з повітряним змієм, а пізніше вчені почали шукати більш ефективні способи захисту будівель та об’єктів від руйнівних ударів.
У статті для журналу Nature Photonics дослідники зі Швейцарії описують свій експеримент з використанням потужного лазера. Пристрій, розміром з автомобіль, доставили на вершину гори Сентіс на північному сході Швейцарії та “припаркували” поряд із 124-метровою телекомунікаційною вежею, в яку вдаряє блискавка приблизно 100 разів на рік
Дослідники дочекались грозової погоди, і в період з липня по вересень минулого року “розстрілювали” хмари швидкими лазерними імпульсами загалом протягом 6 годин. Прилади, налаштовані для реєстрації ударів блискавки, показали, що в ході експериментів лазер змінив курс чотирьох висхідних розрядів блискавки.
Лише один удар, 21 липня, стався за досить ясних умов, щоб дослідники могли зняти шлях блискавки з обох сторін за допомогою високошвидкісних камер, розташованих на відстані кількох кілометрів. На кадрах видно, що блискавка рухалась за лазерним променем близько 50 метрів, що дозволяє припустити, що імпульси допомогли керувати ударом.
Лазер відхиляє удари блискавки, створюючи легший шлях для електричного розряду. Коли лазерні імпульси прямують у небо, зміна показника заломлення повітря змушує їх стискатися і ставати настільки інтенсивними, що вони іонізують молекули повітря навколо себе. Це призводить до створення ланцюга “ниток в небі”, де молекули повітря швидко нагріваються і рухаються із надзвуковою швидкістю, залишаючи канал з іонізованим повітрям низької щільності. Ці канали, що тривають мілісекунди, мають більшу електропровідність, ніж навколишнє повітря, і, таким чином, формують легший шлях для проходження блискавки.
Потужніші лазери, що працюють на різних довжинах хвиль, можуть спрямовувати блискавку на великі відстані й навіть викликати її, перш ніж вона стане загрозою. В наступних експериментах дослідники планують розширити радіус дії лазера, щоб ефективне охоплення 10-метрового стрижня становило 500 метрів.
Вчений Маттео Клерічі з Університету Глазго зазначив The Journal, що використаний в експерименті лазер коштує близько 2,17 мільярда доларів.
“Вартість лазерної системи дуже висока в порівнянні з вартістю простого металевого стрижня (блискавковідвода). Однак лазери можуть бути більш надійним способом спрямування електричного розряду, і це може бути важливо для захисту критично важливих наземних установок і обладнання“, — сказав професор Ману Хаддад, директор Лабораторії блискавок Моргана-Ботті в Університеті Кардіффа.
Технологія була б особливо корисною для захисту ракетних пускових майданчиків, де удари блискавки можуть призвести до затримки місій, а також для убезпечення аеропортів, електростанцій, лісів та інших галузей, де блискавка може спричинити катастрофічні наслідки.
Джерело: Engadget, The Guardian