Вчені вперше використали лазер для керування блискавкою

Вчені заявили, що вони вперше використали лазерний промінь для направлення блискавки, сподіваючись, що ця техніка допоможе захистити від смертоносних стріл — і одного разу, можливо, навіть спрацює їх. Блискавки в усьому світі б’ють 40-120 разів на секунду, щороку вбиваючи понад 4000 людей і завдаючи збитків на мільярди доларів.

Але основним захистом від цих блискавок згори залишається скромний громовідвід, який вперше придумав американський ерудит Бенджамін Франклін у 1749 році. Команда вчених із шести науково-дослідних установ роками працювала над тим, щоб використати ту саму ідею, але замінити просту металеву опору набагато складнішим і точним лазером. Тепер у дослідженні, опублікованому в журналі Nature Photonics, вони описують використання лазерного променя — пострілу з вершини швейцарської гори — для направлення блискавки на понад 50 метрів.

«Ми хотіли вперше продемонструвати, що лазер може впливати на блискавку — і керувати нею найпростіше», — сказав Орельєн Хуар, фізик із лабораторії прикладної оптики паризького інституту ENSTA та провідний автор дослідження. Але для майбутніх застосувань «було б навіть краще, якби ми могли запускати блискавку», — сказав Хоуард AFP.

Як зловити блискавку

Блискавка — це розряд статичної електрики, що накопичується в грозових хмарах або між хмарами та землею. Лазерний промінь створює плазму, в якій заряджені іони та електрони нагрівають повітря. Лазер на вершині швейцарської гори, який зумів направити блискавку на 50 метрів. Повітря стає «частково провідним, і, отже, це шлях, який віддає перевагу блискавці», — сказав Гуард.

Коли вчені раніше перевіряли цю теорію в Нью-Мексико у 2004 році, їхній лазер не вловив блискавку. Цей лазер вийшов з ладу, тому що він не випромінював достатньо імпульсів за секунду для блискавки, яка назріває за мілісекунди, сказав Хоуард.

Він додав, що також важко «передбачити, куди впаде блискавка». Для останнього експерименту вчені мало що залишили на волю випадку. Вони тягнули лазер розміром з автомобіль, який може випромінювати до тисячі імпульсів світла за секунду, на 2500-метрову вершину гори Сантіс на північному сході Швейцарії.

На вершині розташована комунікаційна вежа, в яку блискавка влучає приблизно 100 разів на рік. Після двох років створення потужного лазера знадобилося кілька тижнів, щоб перемістити його по частинах канатною дорогою. Нарешті, гелікоптер мав висадити великі контейнери, у яких мав розміститися телескоп. Телескоп сфокусував лазерний промінь до максимальної інтенсивності на висоті близько 150 метрів у повітрі — трохи вище вершини 124-метрової вежі. Промінь має діаметр 20 сантиметрів на початку, але звужується лише до кількох сантиметрів у верхній частині.

Осідлати блискавку

Під час шторму влітку 2021 року вчені змогли сфотографувати їх промінь, який рухав блискавку на 50 метрів навколо. Інтерферометричні вимірювання показали, що три інші удари були також керовані. Більшість блискавок утворюються з попередників у хмарах, але деякі можуть виходити з землі, якщо електричне поле достатньо сильне.

«Струм і потужність блискавки дійсно стають ясними, коли земля з’єднується з хмарою», — сказав Хоуард. Лазер направляє один із цих попередників, роблячи його «набагато швидшим за інші — і прямішим», — сказав він. «Тоді він першим з’єднається з хмарою, перш ніж засвітиться».

Це означає, що теоретично цю техніку можна використовувати не лише для відганяння блискавки, а й для її активації. Це може дозволити вченим краще захищати стратегічні об’єкти, такі як аеропорти чи ракетні пускові майданчики, завдаючи ударів у той час, який вони виберуть. На практиці це вимагало б високої провідності плазми лазера, яку, як вважають вчені, вони ще не опанували.