Благодаря мощному лазерному лучу был создан 50-метровый канал, предназначенный для направления электрических разрядов – так называемый «воздушный громоотвод», используемый для управления молниями.
Громоотводы используются для защиты от ударов молнии уже несколько столетий. Эти длинные металлические стержни формируют путь с низким сопротивлением, по которому электрический заряд направляется в проводник и далее в землю. Однако для того, чтобы молния попала в громоотвод, необходимо, чтобы она образовалась достаточно близко к нему. Это происходит не всегда, поскольку процесс запускается в грозовом облаке, находящемся на значительной высоте, и распространяется непредсказуемо.
В связи с этим, еще несколько десятилетий назад ученые высказали предложение использовать лазеры для решения этой задачи. Мощный лазерный луч, распространяясь по воздуху, формирует в нем узкую зону с пониженным давлением, насыщенную заряженными частицами — разреженную плазму. Этот «след» от лазера предоставляет молниям маршрут, сопоставимый по удобству с громоотводом, и может простираться на значительную высоту. Однако, до настоящего времени, попытки воплотить данный метод в жизнь оказывались успешными лишь в лаборатории.
Демонстрация успеха состоялась совсем недавно в швейцарских Альпах, на горе Сентис, где расположена телекоммуникационная вышка, ежегодно подвергающаяся воздействию примерно сотни ударов молнии. Эта вершина активно используется для изучения электрических разрядов, поскольку она оснащена необходимым оборудованием. Там проводили эксперименты ученые из Женевского университета и их партнеры из компании TRUMPF, предоставившей мощный лазер и специалистов для его эксплуатации. Результаты их совместной работы изложены в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.
Эксперименты проводились в период с июля по сентябрь 2021 года, во время нескольких гроз. Для них применялся значительно более мощный лазер, чем в предыдущих попытках управления молниями. Он генерировал импульсы с килогерцевой частотой – тысячи раз в секунду, что во много раз превосходило возможности предыдущих лазерных систем. Это позволило сформировать более устойчивый плазменный канал в атмосфере для прохождения молний. За шесть часов башня на Сентисе зафиксировала четыре разряда, которые двигались по пути, «определенному» лазером.
Луч был направлен таким образом, чтобы проходить в непосредственной близости от громоотвода, расположенного на вышке. Это обеспечивало отвод молний в громоотвод и предотвращало их попадание в лазерное оборудование. Один разряд произошел при ясной погоде, и его траекторию удалось зафиксировать камерой. Еще три молнии ученые зафиксировали, используя радиоволны.
Эксперимент продемонстрировал, что лазер формирует канал протяженностью примерно в 50 метров, по которому начинает перемещаться электрический ток. Это значительно превышает длину громоотводов, обычно не превышающую нескольких метров. Однако до облаков ученым еще предстоит добраться – возможно, при помощи лазеров большей мощности.