Луч мощного лазера позволил создать 50-метровый канал для распространения разрядов — «воздушный громоотвод» для контроля за ударами молний.
Уже несколько столетий для защиты от молний используют громоотводы. Такие длинные металлические стержни создают путь с небольшим сопротивлением, по которому заряд уходит далее в проводник — и в землю. Однако, чтобы удар пришелся именно в громоотвод, молния должна вспыхнуть достаточно близко к нему. Это происходит далеко не всегда, ведь процесс инициируется в грозовом облаке, на довольно большой высоте, и распространяется хаотически.
Поэтому еще несколько десятилетий назад ученые предложили использовать для этой цели лазеры. Достаточно мощный луч, путешествуя сквозь воздух, создает в нем узкую область пониженного давления, содержащую повышенные количества заряженных частиц — разреженную плазму. Такой «след» от лазера дает молнии почти столь же удобный путь для движения, что и громоотвод, причем он может продолжаться вплоть до большой высоты. Но до сих пор попытки реализовать такой подход оказывались удачными разве что в лаборатории.
Успешная демонстрация состоялась лишь недавно, в швейцарских Альпах, на горе Сентис, где установлена телекоммуникационная вышка, получающая порядка сотни ударов молний каждый год. Благодаря этому вершину активно используют для изучения разрядов, она оборудована массой нужных инструментов. Именно там экспериментировали исследователи из Женевского университета и их коллеги из компании TRUMPF, которая предоставила мощный лазер и специалистов для работы с ним. Результаты их сотрудничества представлены в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.
Эксперименты проходили во время нескольких гроз, с июля по сентябрь 2021 года. Лазер для них использовали куда мощнее, чем в предыдущих попытках «приручить» молнию. Он испускал импульсы с килогерцевой частотой, тысячи раз в секунду, что на порядки интенсивнее прошлых инструментов. Это позволило создать в воздухе более стабильный плазменный канал для молний. В течение шести часов башня на Сентисе получила четыре разряда, которые распространялись именно по пути, «обозначенному» лазером.
Луч был ориентирован таким образом, что проходил у самого громоотвода, установленного на вышке. Благодаря этому молнии уходили в него и не попадали в лазерное оборудование. В одном случае разряд произошел при сравнительно светлом небе, его траекторию удалось заснять с помощью камеры. Три другие молнии ученые визуализировали с помощью радиоволн.
Такая работа показала, что лазер создавал путь на дистанции около 50 метров, заставляя электричество двигаться вдоль него. Это куда больше, чем громоотводы, длина которых составляет несколько метров. Однако до самых облаков ученым только предстоит дотянуться — возможно, с помощью еще более мощных лазеров.