Повелители молний: учёные впервые направили разряд молнии по лазерному лучу

Более 200 лет защитой от разрядов молний служат громоотводы — высокоподнятые металлические штыри с заземлением, которые принимают разряд на себя и обеспечивают его стекание в землю. Существенным недостатком громоотводов является ограниченный радиус «захвата» молний. Для защиты значительных площадей необходим лес громоотводов, поэтому с изобретением лазеров возникла идея направлять разряд молнии по лазерному лучу. Но с реализацией прежде не складывалось.

Источник изображения: Unige

Впервые эксперимент с воздействием лазером на грозовые облака был проведён в 1999 году. Опыт удался лишь частично, позволив трём лазерам в импульсном режиме с килоджоулевыми энергиями зажечь в небе 2-метровый разряд, но не более того. Серьёзнейший опыт был проведён лишь год назад, когда международная группа учёных начала испытание мощного лазера по защите от разрядов телекоммуникационной башни на вершине горы Сентис на северо-востоке Швейцарии.

Группа физиков из Германии, США, Франции и Швейцарии под руководством Орельена Хуара (Aurélien Houard) из Политехнической школы Парижа с 21 июля по 30 сентября производила выстрелы лазерными импульсами над башней в моменты грозовой активности в округе. Башня имеет собственный металлический громоотвод, а луч лазера как бы служил его продолжением, хотя прямого контакта луча и громоотвода не было — он проходил над громоотводом и уходил в небо.

За время проведения наблюдений, о чём учёные поделились в статье, часть которой доступна по ссылке, молнии били в башню 16 раз, из которых четыре удара были спровоцированы лазером. Признать это успехом тяжело, но как доказательство работоспособности подхода — вполне.

Сверху — управляемые лазером молнии, снизу — неуправляемые

В процессе наблюдения за разрядами молний без лазера и с его помощью физики собрали достаточно данных, чтобы определить дальнейшее направление в исследованиях. Например, большинство ударов молний в башню оказались с переносом отрицательного заряда в землю (84 %), тогда как все стимулированные лазером разряды оказались положительными (по статистике таких было 11 % среди всех наблюдаемых). Ещё 5 % разрядов были биполярными.

Свой успех учёные объяснили тем, что они использовали лазер с высокой частотой повторения импульсов. Высокая частота повторения позволяла свободным электронам, выбитым в процессе ионизации атмосферы лучом, захватываться молекулами кислорода и накапливаться, что чуть дольше сохраняло канал для передачи разряда и способствовало стеканию энергии молнии по лучу вплоть до перехода в громоотвод и дальше в землю.

Источник изображения: Aurélien Houard et al. / arXiv, 2022

Ежегодно разряды молний убивают несколько тысяч человек на Земле и наносят мировой экономике ущерб, оцениваемый в несколько миллиардов долларов США. Лазерная защита от произвольных ударов молний обойдётся в копеечку, как и её питание электричеством, но оно того будет стоить, уверены учёные.