瑞士科学家成功使用激光偏转闪电

对于高层建筑和军事基地来说,这种激光驱动的装置可能是一个天才之举。
Lighting bolts across hills during thunderstorm
不过,别指望很快就能在您家屋顶看到激光避雷针。 Deposit Photos

自本杰明·富兰克林在 18 世纪进行具有历史意义的 风筝实验 以来,避雷针 就很少发生变化,因为它们本身就非常有效。这种装置通常由一根固定在地下的金属杆通过金属电缆连接而成,这种简单、可扩展的装置可以将通常比太阳表面 热五倍闪电 引导到地下,在那里电荷可以安全地消散。

尽管如此,每年闪电造成的 基础设施损坏 可达数十亿美元,这促使瑞士的一个研究团队最近开发出一种突破性的方法来 转移电荷,使其远离敏感结构。本质上,科学家们建议将强大的激光束射入雷暴中心。

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正如周一在研究期刊 Nature Photonics 以及 The Guardian其他地方 的报道所述,该科学家团队最近在瑞士圣提斯山顶的一座 124 米高的电信塔附近安装了一个激光阵列。这座建筑每年会遭受一百多次闪电袭击,使其成为该实验的理想试验场地。去年 7 月至 9 月期间,激光在总共六小时的时间里射入多个风暴前沿。根据研究人员的测量,激光脉冲影响了四次向上放电的路径,尽管只有一次的条件足够清晰,可以用高速相机进行拍摄。尽管如此,在该实例中,闪电的路径似乎被导向了 50 米,朝向激光束。

该系统之所以有效,是因为激光能够为闪电通往地面的路径创造一个更方便的通道。当激光以每秒超过 1000 次的速度射入雷暴云时,周围空气的折射率会发生变化,使其收缩和加剧,直到电离周围的空气分子。然后,空气分子会快速升温并以超音速扩散,从而产生一个由电离的、低密度的空气组成的通道。尽管研究人员将其描述为持续时间仅为毫秒的“灯丝”,但与周围空气相比,它们的导电性为闪电弧提供了更容易的路径。初步迹象还表明,激光避雷针的引导范围比传统的金属杆宽得多,而传统的金属杆覆盖的面积大约是其高度的两倍。

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然而,这个新系统也存在一些直接的缺点。首先,激光脉冲(或许不出所料)极其明亮,很容易对任何潜在的附近飞行员造成问题——因此在实验运行时关闭了实验区域的空域。然后是该系统在长达五年的开发过程中大约 200 万美元的成本,最终需要瑞士最大的直升机来帮助在圣提斯山顶建造激光系统的基础。所有这些都使得激光避雷针不太可能出现在郊区住宅上,因为相比之下,陆基避雷针的成本 非常 便宜。

尽管如此,对于军事基地、超高层建筑和太空发射场等地方,这种系统可能更具成本效益,因为与普通住宅相比,在遭受闪电袭击后的 维修成本 通常要高得多

 

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