Найден новый способ перенаправить удары молний — и это лазеры

Бороться с угрозой с неба мощными лазерами — казалось бы, это больше похоже на сценарий очередного фильма-катастрофы. Однако в будущем именно лазеры могут стать привычной защитой от смертоносных молний. Как это работает, описывает в своей статье Ян Виттакер, старший преподаватель физики университета Ноттингем Трент. Оригинал опубликован на the Conversation, перевод подготовили Новини.LIVE.

Угроза с неба

Молния может выглядеть красиво, но ежегодно она убивает тысячи людей, наносит огромный урон зданиям и инфраструктуре и наносит перебои в электроснабжении.

Единственная защита, которая у нас есть — молниеотводы, которые были изобретены 300 лет назад и защищают лишь небольшую территорию.

Стоимость ущерба от ударов молнии в здание трудно определить в глобальном масштабе, но, например, выплаты страховых компаний на ремонт домов и предприятий в 2020 году в США составили примерно 2 миллиарда долларов США. Страховые данные из Великобритании свидетельствуют о том, что расходы на покрытие ущерба от ударов молнии растут.

Проблема, вероятно, только усугубится, поскольку климатический кризис приводит к увеличению количества лесных пожаров по всему миру, что увеличивает количество ударов молний. Исследование 2014 показало, что количество ударов молнии увеличивается на 12% на каждый градус по Цельсию глобального потепления.

Молниеотводы имеют свое применение, но ученые ищут лучший способ контролировать, куда бьет молния, и согласно новому исследованию решением могут стать лазеры.

Как они это сделали

Этот последний эксперимент проводился у телекоммуникационной башни на горе Сантис в Швейцарии, в которую часто ударяет молния — примерно 100 раз в год, хотя сама башня защищена молниеотводом.

Результаты исследования показали, что молния проходила почти по прямой линии вблизи лазерных импульсов, но удары молнии распределялись более беспорядочно, когда лазер был выключен.

Хотя это исследование не первая попытка направить путь молнии, оно впервые показало, что это возможно. Ученые объясняют это мощным лазером, который они использовали и большой высотой над уровнем моря. На больших высотах воздух менее плотный. Это облегчает прохождение тока, а это значит, что для будущих экспериментов на уровне моря понадобится более мощный лазер.

Чтобы понять, как ученые использовали свет для смены пути электричества, нужно понять, что такое молния: поток заряженных частиц из одного места в другое. Частицы в облаках в основном электрически нейтральны, когда они образуются, но накапливают как положительный, так и отрицательный заряд. Облако стремится стать нейтральным, обмениваясь зарядом с землей.

Большинство людей знакомы с неровными вспышками яркого света, которые можно увидеть между землей и облаками, но есть и другие типы молний. Молния может путешествовать между облаками. Она также может двигаться от облаков вверх к верхним слоям атмосферы. При этом даже могут образовываться полосы красного воздушного свечения, где разреженная атмосфера нагревается. Эта тепловая энергия затем высвобождается в виде света.

Когда заряд в облаке накапливается, он достигает невероятно высокого напряжения (примерно эквивалентного 8 миллионам автомобильных аккумуляторов, соединенных вместе), которое прорывает путь в воздухе. Электрический ток, необходимый для разделения компонентов воздуха, обычно составляет около 300 миллионов вольт на квадратный метр.

Выталкивающая сила этого огромного напряжения в электрически заряженном (ионизированном) воздухе позволяет заряду из облака стекать вниз и разряжаться на землю или ближайшие здания. Этот поток тока будет идти по наиболее электропроводному пути.

Вот почему молниеотводы иногда используют для защиты зданий от молнии. Металл является более электропроводным, чем воздух, поэтому, если поместить большой стержень в землю, молнии будет легче пройти по этому пути, чем в воздухе. Однако это может защитить только небольшую территорию.

Многие исследователи считают, что некоторые грозы могут быть вызваны космическими лучами (высокоэнергетическими частицами за пределами Солнечной системы). Эти частицы проходят через атмосферу и взаимодействуют с воздухом, создавая ионизированный путь в направлении своего движения. Эта теория вызвала разногласия во мнениях исследователей относительно того, влияет ли она на общее количество ударов молний по всему миру.

Ученые использовали мощный лазер, чтобы попытаться создать ионизированные пути подобно теории космических лучей. Быстрые энергичные импульсы (1000 раз в секунду) лазера нагревают воздух и ионизируют его, ненадолго делая ведущим. На этом пути молния будет меньше сопротивление, а значит, будет более склонной к протеканию именно в этом направлении.

Если усовершенствовать эту технологию, однажды она может помочь защитить такие объекты инфраструктуры, как аэропорты и атомные электростанции. В более совершенной форме ее даже можно будет использовать для защиты зданий с помощью лазера на безопасном расстоянии. Однако, вряд ли она появится у вас в ближайшее время, хотя бы по одной причине из-за высокой стоимости электроэнергии.

Ян Виттакер, старший преподаватель физики университета Ноттингем Трент

Фото: REUTERS/Amir Cohen