Вчені навчилися відбивати блискавки лазером

Перестрілка блискавок та лазерів звучить, як момент з якоїсь абсурдної голлівудської науково-фантастичної комедії, але в реальному світі це практично революція у сфері захисту від блискавок. Згідно з новим дослідженням групи вчених, які експериментували з лазерами на вершині швейцарської гори, де стоїть величезна металева телекомунікаційна вежа, випромінювання лазера в небо може запобігти ударам блискавки.

• Дорогоцінні камені на Марсі можуть бути пов’язані з інопланетним життям

Деталі

Фізик Орельєн Хуар з лабораторії прикладної оптики Французького національного центру наукових досліджень у Парижі та його колеги витримували багатогодинну грозову активність, щоб перевірити, чи може лазер відводити удари блискавки від критичної інфраструктури. У телекомунікаційну вежу блискавка влучає близько 100 разів на рік.

Щороку удари блискавок можуть завдати шкоди аеропортам і стартовим майданчикам на мільярди доларів, не кажучи вже про людей. Зі збільшенням екстремальних погодних явищ, спричинених зміною клімату, ефективний захист від блискавок стає все більш актуальним.

На сьогодні наш найкращий захист від ударів блискавки — це стрижень Франкліна, який ще просто називають громовідводом. Це не що інше, як металевий шпиль, винайдений у 18 столітті Бенджаміном Франкліном, який відкрив, що удари блискавки — це зигзагоподібні розряди електрики. Ці стрижні з’єднуються з металевими тросами, які спускаються вниз по будівлях і закріплюються в Землі, розсіюючи енергію блискавки.

Хоуард і його колеги хотіли розробити кращий спосіб захисту від ударів блискавки, борючись із електрикою світлом. У новому дослідженні вчені зазначають:

Хоча ця галузь досліджень була дуже активною протягом більше 20 років, це перший польовий результат, який експериментально демонструє блискавку, керовану лазерами.

Експериментальна кампанія проходила влітку 2021 року на горі Сентіс на північному сході Швейцарії. Короткі інтенсивні лазерні імпульси були спрямовані в хмари під час серії гроз, і успішно відвернули чотири висхідні розряди блискавки від кінчика вежі. Ще 12 ударів блискавки влучили у вежу під час тих грозових періодів, коли лазер був неактивний.

Одного разу, коли небо було достатньо ясним, щоб зафіксувати подію на дві окремі високошвидкісні камери, було зафіксовано удар блискавки, що пройшов шлях лазера на відстані 50 метрів.

Вперше ідея про те, що блискавки можна відвертати за допомогою лазерів, була озвучена у 1974 році. Кілька попередніх польових випробувань, одне в Мексиці та інше в Сінгапурі, не змогли знайти жодних доказів того, що лазери можуть відбивати удари блискавки.

Хоча дослідники все ще з’ясовують, чому лазери спрацювали в їхніх випробуваннях, але не в попередніх експериментах, у них є кілька ідей. Лазер Хоуарда і його колег використовував до тисячі імпульсів на секунду, що набагато швидше, ніж інші використовувані лазери, дозволяючи зеленому променю перехоплювати всі попередники блискавки, що утворюються над вежею.

Як пояснюють Хоуард та його колеги, лазер, спрямований у небо, змінює властивості повітря, що викривляють світло, змушуючи лазерний імпульс стискатися та посилюватися, поки він не почне іонізувати молекули повітря. Цей процес називається філаментацією.

Молекули повітря швидко нагріваються на шляху лазера, поглинаючи його енергію, а потім викидаються з надзвуковою швидкістю. Це залишає "довгоживучі" канали менш щільного повітря, які пропонують шлях для електричних розрядів. За словами вчених, при високій частоті повторення лазера ці довгоживучі заряджені молекули кисню накопичуються, зберігаючи пам’ять про лазерний шлях, за яким слідує блискавка. Хоуард та його колеги підкреслюють:

Ця робота прокладає шлях для нових атмосферних застосувань ультракоротких лазерів і є важливим кроком у розробці лазерного блискавкозахисту для аеропортів, стартових майданчиків або великих інфраструктур.

Раніше космічний телескоп Hubble зробив знімок маленької галактики під назвою HIPASS J1131-31. Це наймолодша галактика у Всесвіті.