有點像宙斯發射雷電,在瑞士一座山頂上工作的物理學家們成功使用高功率雷射來引導閃電。研究人員說,這一項進展可望未來用來保護機場、火箭發射平台和其他重要或敏感的設施,當然也可能有其他應用方式。

據《科學》(Science)期刊16日報導,當靜電在風暴雲中積聚並開始分解周圍的空氣分子時就會發生閃電,一旦這樣的路徑到達地面上的東西或與其他地面上的物件相連接,30,000安培的電流就會順著鋸齒狀的空氣通道進行一次巨大的放電,足以在建築物上炸出一個洞,並使其燃燒起來。

為了幫助防止這種損害,人們依靠美國國父本富蘭克林(Benjamin Franklin)在1752年發明的避雷針。避雷針由一根連接在建築物屋頂上的尖頭金屬棒組成,並透過一根電線連接到地面上,然後避雷針產生一個強大的電場,將閃電從建築物上引開。當避雷針被擊中時,電線將可以安全的將電流導向地面。

法國綜合理工學院(Ecole Polytechnique)應用光學實驗室的物理學家胡艾德(Aurelien Houard)說,自從20世紀60年代第一台雷射裝置問世以來,科學家們就已經想到用類似的方式來引導閃電。從理論上講,雷射束將創造一條電離空氣的直線路徑,電流可以更容易地沿此路徑流動,然而過去的實驗都失敗而告終。

在20世紀90年代,物理學家們開發出了能產生飛秒(千萬億分之一秒,Femtosecond)脈衝雷射。胡安德說,這些間隔更短、能量更低的脈衝雷射對打開(轟出)導電通道更有效。雷射使得一些空氣電離,然後像一個透鏡一樣將光進一步聚焦到長長的 「燈絲」之中,寬度與一根頭髮相近。細長的光束加熱空氣,驅走分子,留下一個密度較低的空氣通道,這樣可以更好地導電。

胡艾德和日內瓦大學的物理學家沃夫(Jean-Pierre Wolf)領導的科學家現在已經成功了,這項成果是一個為期5年、耗資400萬歐元(近新台幣1.3億元)的歐洲研究計畫的努力,他們把設備拆成一塊一塊再透過直升機把他們吊掛到山上,在瑞士東北部的森蒂斯峰(Säntis)組裝了一個飛秒雷射發射器,旁邊是一個124公尺高的電信塔,就像一個巨大的避雷針。

研究人員通過山體兩側的無線電天線和高速攝像機研究了這些雷擊,無線電天線追蹤了雷電的路徑。由28名成員組成的研究小組今天在《自然-光子學》(Nature Photonics)期刊上報告說,在所有4次開啓雷射的狀態下,閃電在跳到塔上之前都沿著雷射束的路徑移動。因此,研究人員成功引導了每一道閃電最後50公尺的隨機軌跡。

目前研究人員仍有很長的路要走,以證明該技術能夠有效地捕捉閃電。胡安德說,他們還想證明雷射不僅可以引導閃電,還可以觸發閃電,可以以先發制人地消除雷擊的威脅。

文章來源:Playing Zeus, scientists use a laser beam to control lightning bolts
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