„Великаны-сосны вырываются бурей чаще, высокие башни обрушиваются тяжелее, а молнии всегда ударяют в вершины гор.“
— Гораций, книга Odes
Ученые впервые успешно направили молнии с помощью лазеров, согласно эксперименту, проведенному во время сильной грозы на швейцарской горе. Эксперимент, в ходе которого в течение нескольких месяцев в грозовые облака запускались высокоэнергетические лазерные импульсы, может привести к разработке лазерных систем молниезащиты для аэропортов, стартовых площадок и высоких зданий. Нынешний метод защиты - металлические стержни - может защитить лишь ограниченную площадь, но есть надежда, что с помощью лазеров площадь защиты может быть расширена до нескольких сотен метров при достаточной энергии.
Молнии, представляющие собой мощные электрические разряды, которые обычно происходят на высоте от трёх до пяти километров над землей, характеризуются интенсивным нагревом и зарядом, достигающим температуры 30 000C, что в пять раз горячее солнца. Каждый год молния поражает землю более миллиарда раз, вызывая тысячи смертей, множество травм и значительный ущерб. Исторически молниеотводы использовались для защиты зданий и объектов, а сама концепция восходит к эксперименту Бенджамина Франклина с воздушным змеем в 1752 году. Однако сейчас ученые исследуют альтернативные методы защиты от ударов молнии. В журнале Nature Photonics исследователи описали демонстрацию, в которой они использовали мощный лазер на вершине швейцарской горы для защиты телекоммуникационной башни высотой 124 м, в которую часто ударяют молнии.
Ученые использовали лазеры для управления молниями в эксперименте, проведенного во время грозы на швейцарской горе. Команда дождалась грозы и с июля по сентябрь прошлого года в течение шести часов обстреливала грозовые облака быстрыми лазерными импульсами. Приборы, установленные для регистрации ударов молнии, показали, что во время экспериментов лазер изменил направление четырех восходящих разрядов молнии. Один удар, произошедший 21 июля, был зафиксирован высокоскоростными камерами на расстоянии нескольких километров, и на кадрах видно, что молния проследовала за лазером на расстояние около 50 метров. Лазер отводит молнии, создавая более легкий путь для протекания электрического разряда. Когда лазерные импульсы выстреливаются в небо, они ионизируют молекулы воздуха вокруг себя, образуя канал ионизированного воздуха с низкой плотностью, который является более проводящим и более легким для молнии.
Лазер, использованный в эксперименте, достаточно мощный, чтобы представлять потенциальную опасность для глаз пилотов, пролетающих над землёй, поэтому на время проведения экспериментов воздушное движение над полигоном было закрыто. Однако ученые считают, что технология может быть полезна в специально отведенных местах, таких как стартовые площадки и аэропорты, где действуют ограничения, запрещающие полеты. Использование более мощных лазеров, работающих на разных длинах волн, может направлять молнии на большие расстояния и даже запускать их до того, как они станут угрозой. Стоимость лазерной системы высока по сравнению с традиционными молниеотводами, но она может стать более надежным способом направления разрядов молнии и защиты критически важных наземных установок и оборудования.
Интересные факты о молниях
- Молния может пройти сквозь землю, поэтому во время грозы важно держаться подальше от высоких объектов, таких как деревья. Электрический заряд от удара молнии может пройти сквозь землю и потенциально поразить людей или предметы, находящиеся поблизости.
- Молния может быть отрицательно заряженной, положительно заряженной или сочетать оба этих явления. Молния возникает в результате разделения зарядов в грозе. Отрицательно заряженные частицы обычно находятся в нижней части облака, а положительно заряженные - в верхней.
- Прежде чем ударить в землю, молния может пройти по горизонтали несколько километров. Это называется "молния от земли к облаку" или "от облака к облаку" и может произойти, когда разделение зарядов в грозе слишком велико, чтобы молния могла двигаться прямо вниз.
- Спрайты, эльфы и голубые струи — это верхние атмосферные молнии, которые могут возникать в верхних слоях атмосферы и не связаны напрямую с грозовыми облаками. Спрайты — это красные, медузообразные молнии, возникающие высоко над грозовыми облаками, эльфы — круглые вспышки, возникающие примерно на той же высоте, а голубые струи — конусообразные молнии, вылетающие вверх из грозовых облаков.
- Молнии могут возникать не только во время гроз, но и при извержении вулканов, лесных пожарах и даже во время снежных бурь. Это явление известно как "грязная гроза" или "вулканическая молния". Эти типы молний образуются в результате комбинации сталкивающихся частиц в вулканическом шлейфе или облаке пепла, создающих мощный электрический заряд.