Физики из Германии, США, Франции и Швейцарии сообщили об успешном применении мощного лазера для управления распространением молний. Для этого они в течение двух месяцев во время грозы подсвечивали пространство над башней Сентис в горах Швейцарии.
С 21 июля по 30 сентября 2021 года исследователи обстреливали лазером пространство над башней в те моменты, когда в радиусе 3 км над ней возникала грозовая активность (суммарно 6,3 часа работы лазера). Из 16 молний, ударивших в башню за время наблюдения, четыре были стимулированы лазером.
Концепция лазерного молниеотведения основана на филаментации луча, когда по мере распространения в атмосфере достаточно сильный луч самофокусируется. Самофокусировка сопровождается ростом интенсивности: свободные электроны рассеивают луч, поэтому он проходит некоторое расстояние в условиях динамической конкуренции между этими двумя эффектами. В результате в воздухе на миллисекунды образуется узкий длинный плазменный канал, обладающий высокой проводимостью и потому притягивающий молнии.
124-метровая башня Сентис, расположенная на высоте 2,5 км над уровнем моря, популярна у физиков, исследующих грозовые разряды, благодаря тому, что молнии бьют в нее в среднем сто раз в год. Ученые устанавливали лазер у ее основания и направляли луч почти параллельно башне. Это был Yb:YAG лазер, испускающий за одну секунду тысячу пикосекундных импульсов с длиной волны 1030 нанометров и энергией 500 миллиджоулей.
Сравнивая свои результаты с неудачными попытками своих предшественников, команда физиков заключила, что ключом к их успеху оказалась высокая частота повторения лазерных импульсов. Во время филаментации небольшая часть свободных электронов, созданных ионизацией в сильном лазерном поле, захватывается нейтральными молекулами кислорода. При высокой частоте повторения лазера эти долгоживущие заряженные молекулы кислорода накапливаются, сохраняя память о лазерном пути в малой энергии отрыва, что облегчает распространение разряда. Кроме того, физики провели расчеты, которые подтвердили, что в созданных условиях положительные молнии будут требовать меньшего электрического поля, нежели отрицательные. И хотя их результаты пока нельзя назвать работающим лазерным громоотводом, ученые доказали его принципиальную возможность, а также указали направление оптимизации этого процесса.
