研究显示：激光可引导危险闪电至更安全路径——《华尔街日报》

一项新研究显示，指向暴风雨天空的激光可以改变潜在危险闪电的路径。

一个国际研究小组在瑞士一座山峰顶部组装了一个汽车大小的原型机，首次证明了使用激光引导闪电是可行的。

周一发表在《自然-光子学》期刊上的研究结果，标志着开发新型避雷策略的重大里程碑——这是自本杰明·富兰克林发明避雷针以来最雄心壮志的尝试之一。

“这是我们几十年来梦想的首次实现，”格拉斯哥大学物理学家马泰奥·克莱里奇说，他并未参与这项研究。“他们成功在户外环境中做到了这一点，是非常大的进步。”

为闪电实验活动建造的激光器每秒可以发射1000个高能脉冲。图片来源：马丁·斯托尔伯格/通快集团克莱里奇博士称这一演示为“改变游戏规则”，但表示该技术仍处于起步阶段，商业化是需要进一步投资的遥远前景。

法国帕莱索综合理工学院的研究科学家、这项新研究的合著者奥雷利安·霍阿尔德表示，自50多年前激光概念首次提出以来，人们就一直有尝试用激光制造避雷针的想法。来自激光的短而高功率的脉冲可以使空气过热，这有助于空气沿着激光路径变得导电。

但实验大多局限于实验室环境中，科学家们致力于将电击引导至数米远的距离，而非“引导真实的闪电”，Houard博士说。直到现在，实地实验仍未取得成功。

闪电是云层、空气或地面之间的一种自然放电现象，由于其不可预测性，破坏力极强——每年造成数千人伤亡。研究作者此前撰文指出，闪电还会引发森林火灾和停电事故，并对电子系统和基础设施造成破坏，每年相关损失高达数十亿美元。

根据某些美国国家航空航天局的天气发射标准，闪电还可能推迟火箭发射，如果发射台或飞行路径10海里范围内近期观测到雷击，部分发射任务将被禁止。

最常见的避雷装置——常用于城市天际线——仍是近三个世纪前由美国发明家设计的富兰克林避雷针。这些导电金属杆可以拦截闪电，并为雷击提供安全导入地下的路径。但日内瓦大学物理学教授、该研究的另一位合著者Jean-Pierre Wolf表示，此类装置仅能保护与其直接相邻的有限区域，对于机场、风电场、发电厂或火箭发射台等更广阔的区域则效果不佳。

“因此，如果你有一根10米高的传统避雷针，它能保护半径约10米的区域，这对你的房子来说没问题，但对于可能长达几公里的机场来说显然不够，”沃尔夫博士说。“所以我们的想法是用激光取代这根金属棒，激光就像一根更长、虚拟的棒，可以指向你想要的方向，并且可以随时开启或关闭。”

激光的每一束脉冲都能产生导电通道，闪电更有可能沿着这些通道传播，从而将闪电引导到地面或下方的传统避雷针上。

“基本上，你降低了闪电可能击中任何地方的概率，”沃尔夫博士说。“因为你为闪电准备了一条优先路径。”

在这项新研究中，沃尔夫博士和他的同事们使用了一台专为实验建造的激光器，每秒可以发射1000次高能脉冲。他们将激光器安装在瑞士东北部森蒂斯山顶的一座通信塔附近，塔上固定着一根富兰克林避雷针。在2021年夏季的研究期间，他们在塔周围约两英里范围内发生雷暴活动的六个多小时里，开启激光并将其对准塔上方的云层。

他们观察到，当激光开启时，激光将四次闪电引导到塔顶的避雷针上。其中一次闪电被研究人员用两台高速摄像机拍摄下来，它沿着激光的路径传播了近200英尺的距离。

几位未参与这项研究的科学家表示，这次演示成功的关键在于激光脉冲的高频率。乌阿尔博士说，激光在一秒钟内发射的脉冲数量比之前类似演示的100倍还多，这意味着这项技术在闪电形成时“捕捉闪电并将其引导”的概率提高了100倍。

克莱里西博士表示，该技术的下一步是将激光引导闪电的距离提升至数百米。乌阿尔博士指出，理论上使用更大功率的激光器可以实现这一目标，但他补充说，商业化应用至少还需十年时间。他透露，近期演示中使用的原型激光器造价高达20亿欧元（约合21.7亿美元）。

联系作者艾琳·伍德沃德请致信[email protected]

本文发表于2023年1月17日印刷版，标题为《科学家利用激光改变闪电路径》。