科學家首次實現用激光束引導閃電
幾個世紀以來,避雷針一直被用來引導雷擊,但現在科學家們展示了比簡陋的金屬棒更先進的東西。向天空發射的高功率激光被證明可以使閃電偏離方向,這可能帶來激光避雷針的出現,從而保護更廣泛的地區免受危險的打擊。
閃電是能量最大的自然事件之一,在幾分之一秒內釋放出數百萬伏的電壓。這當然可以是破壞性的,破壞建築物,切斷電源,引發火災並造成人員傷亡。
幾個世紀以來,我們對雷擊的最好防禦是避雷針,這是一根簡單的金屬棒,連接在高大的建築物上,吸引電力並引導它安全地落到地面上。但它們的範圍有限–一根10米(33英尺)的避雷針只能保護其周圍10米的區域。要保護像機場或風力發電場這樣大的建築物,就需要不可想像的大型避雷針。
現在,歐洲的研究人員已經展示了一個更有效的新系統。激光避雷針(LLR),顧名思義,就是在暴風雨期間將激光射入雲層,以形成一條阻力最小的路徑,讓電流流過。而且它可以比避雷針延伸得更遠。
該研究論文的最後一位作者Jean-Pierre Wolf說:”當非常高功率的激光脈衝被發射到大氣中時,在光束內形成非常強烈的光絲。這些絲狀物使空氣中的氮和氧分子電離,然後釋放出自由電子來移動。這種被電離的空氣,稱為’等離子體’,成為一種電導體。”
為了證明這一概念,科學家們開發了一個新的激光系統,其平均功率為1千瓦,每秒脈衝約1000次,同時每個脈衝釋放出一焦耳的能量。這套系統被安裝在瑞士阿爾卑斯山最高的山峰Säntis的山頂上,靠近一座每年吸引約100次雷擊的塔。
2021年6月至9月間,該團隊在席捲該地區的風暴中測試了該系統。激光被射入塔頂附近的天空,試圖在雷電到達塔的常規避雷針之前將其哄騙到光束上。在那個夏天,當激光器被打開時,有四次閃電擊中了塔樓,果然它可以使閃電彎曲。
根據激光避雷針的實驗數據建立的模型,可以清楚地看到閃電在到達塔樓之前跟隨激光束一段時間。
沃爾夫說:”我們從第一個激光閃電事件中發現,放電可以在到達塔樓之前跟隨光束近60米(197英尺),從而使保護面的半徑從120米增加到180米(394英尺到590英尺)。”
使用激光作為避雷針的想法已經存在了很長時間,並在實驗室實驗中顯示出了前景,但該團隊說這是第一次在現實世界中展示。其他科學家提出,石墨烯牽引光束可以做得更好,但這需要更複雜的設置。
該團隊說,LLR項目的最終目標是使用激光將10米長的避雷針的影響擴大500米(1640英尺)。
該研究發表在《自然-光子學》雜誌上。該團隊在下面的視頻中描述了這項工作。