日内瓦大学的科学家正试图用巨大的激光控制闪电


日内瓦大学的一组研究人员将一个巨大的激光拖到山顶上,将其射向天空,并充当高科技避雷针。该团队由瑞士物理学家让-皮埃尔·沃尔夫 (Jean-Pierre Wolf) 领导,他研究激光已有 20 多年,尤其热衷于尝试用激光控制天气。

激光产生非常窄的高能光束。它的应用范围从切割钻石到手术再到读取条形码,沃尔夫相信他可以在列表中添加另一个:保护我们免受雷击。

他领导着一个欧盟资助的财团,其中包括巴黎和洛桑的大学,以及火箭制造商 ArianeGroup 和激光制造商德国高科技公司通快。由于大流行而延迟一年后,激光已被运送到海拔 2,500 米(8,200 英尺)的瑞士阿尔卑斯山 Säntis 山顶。

“这是欧洲最常被闪电击中的地方之一,”沃尔夫解释说。“那里有一座无线电发射塔,每年被击中 100 到 400 次。因此,这是进行概念验证实验的理想场所。”

当雷云中的湍流空气在冰晶和水滴周围猛烈地抛掷,从原子中剥离电子并形成带有相反电荷的单独区域时,就会形成闪电。

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这些电场可以变得非常强大,因为相反的电荷相吸,它们可以通过放电连接起来——我们称之为闪电。

激光通过产生如此强大的电场来模拟和增强这种自然场景,以至于它可以直接从原子上剥离电子,从而设置形成闪电所必需的相反电荷。这个想法是让云以可控的方式释放闪电。“这就是我们称它为激光避雷针的原因,”沃尔夫说。

梁将沿着现有的输电塔延伸 - 超过 120 米(约 400 英尺)高。激光已被带到位于瑞士阿尔卑斯山桑蒂斯山顶的无线电发射塔。

传统的避雷针无论建造多高,都只能保护地面上有限的区域。然而,沃尔夫希望激光能够帮助保护地面上更大的区域,尽管他还不能说到底有多大。

理论上,激光既可以充当避雷针,捕捉无论如何都会击中的螺栓,也可以触发额外的螺栓。沃尔夫说:“这意味着我们将卸载雷云,降低其电压,然后防止周边地区发生进一步的雷击。”

沃尔夫说,这项技术最直接的实际应用将是在发射过程中保护火箭——例如那些将卫星送入轨道的火箭,以及在风暴期间可以打开它的机场。

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他补充说,对防雷的需求是巨大的,与雷击相关的成本,尤其是空中交通中断造成的成本,仅在美国每年就可能达到数十亿美元。研究还表明,增加的雷击可能是气候变化的影响之一。

欧盟委员会正在通过一项支持早期科学研究的倡议支持该项目。它表示,在全球范围内,闪电每年造成6,000 至 24,000 人死亡,并对电子产品和基础设施造成数十亿欧元的损失,使其成为“一个主要的社会问题”。

它补充说,该项目预计将导致更安全的航空运输并减少强烈雷暴期间的航班延误。

巨大的激光

激光器将从天线设施汲取能量,并在复杂的操作中被拆卸下来带到山顶,该操作涉及多次乘坐缆车和直升机。“这是一个巨大的激光器——它需要一辆大卡车来运输,这就是为什么它像拼图一样建造,模块可以在现场组装,”沃尔夫说。

一年的大流行延迟让该团队在巴黎的实验室中对激光进行了更多测试,如图所示。

总共拖运了 29 吨材料,包括 18 吨混凝土块,用于将激光阵列固定在其底座上。“我们在这里风速为 120 英里/小时,因此需要稳定结构,否则它很容易移动甚至飞走,”沃尔夫说。

组装花了两周时间,现在可以打开激光器,如果天气允许的话——在这种情况下意味着希望它。沃尔夫说,激光每秒发射 1,000 次,它非常强大,“峰值功率的单个脉冲相当于世界上所有核电站产生的脉冲”——但只持续极短的时间。

出于安全原因,当激光处于活动状态时,将设置一个 5 公里宽的禁飞区。虽然激光对飞机没有任何风险,但当直视光源时,激光对人眼是有害的(从山上或空中看光束,而不是直接看它的顶部是可以的,沃尔夫说)。

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激光不会一直打开,而是只有在检测到闪电活动增加时才会打开。在山上,特殊的相机设备每秒会拍摄 30 万次闪电,看看它们会在多大程度上跟随激光束以及在什么高度。

“一件有趣的事情是,由于峰值功率很高,我们的激光会改变颜色,”沃尔夫说。“当它在空气中传播时,它会从红色变成白色。看到它真的很酷。”

测试将持续到 9 月,即闪电季节结束。沃尔夫说,如果他们成功,下一个实验可能会在机场进行,这项技术可能会在几年内准备就绪。

“我们很快就会知道我们是否成功,尽管详细分析数据需要更多时间,”他补充道。“但我认为,如果你明白我的意思,我们将在 9 月底打开一瓶香槟或一瓶威士忌。”

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