人类控制闪电的一大步 脉冲激光实验获成功

有点像宙斯发射雷电,在瑞士一座山顶上工作的物理学家们成功使用高功率激光来引导闪电。研究人员说,这一项进展可望未来用来保护机场、火箭发射平台和其他重要或敏感的设施,当然也可能有其他应用方式。据《科学》(Science)期刊16日报导,当静电在风暴云中积聚并开始分解周围的空气分子时就会发生闪电,一旦这样的路径到达地面上的东西或与其他地面上的物件相连接,30,000安培的电流就会顺着锯齿状的空气通道进行一次巨大的放电,足以在建筑物上炸出一个洞,并使其燃烧起来。



为了帮助防止这种损害,人们依靠美国国父本富兰克林(Benjamin Franklin)在1752年发明的避雷针。避雷针由一根连接在建筑物屋顶上的尖头金属棒组成,并透过一根电线连接到地面上,然后避雷针产生一个强大的电场,将闪电从建筑物上引开。当避雷针被击中时,电线将可以安全的将电流导向地面。

法国综合理工学院(Ecole Polytechnique)应用光学实验室的物理学家胡艾德(Aurelien Houard)说,自从20世纪60年代第一台激光装置问世以来,科学家们就已经想到用类似的方式来引导闪电。从理论上讲,激光束将创造一条电离空气的直线路径,电流可以更容易地沿此路径流动,然而过去的实验都失败而告终。

在20世纪90年代,物理学家们开发出了能产生飞秒(千万亿分之一秒,Femtosecond)脉冲激光。胡安德说,这些间隔更短、能量更低的脉冲激光对打开(轰出)导电通道更有效。激光使得一些空气电离,然后像一个透镜一样将光进一步聚焦到长长的 “灯丝”之中,宽度与一根头发相近。细长的光束加热空气,驱走分子,留下一个密度较低的空气通道,这样可以更好地导电。

胡艾德和日内瓦大学的物理学家沃夫(Jean-Pierre Wolf)领导的科学家现在已经成功了,这项成果是一个为期5年、耗资400万欧元(近新台币1.3亿元)的欧洲研究计划的努力,他们把设备拆成一块一块再透过直升机把他们吊挂到山上,在瑞士东北部的森蒂斯峰(Säntis)组装了一个飞秒激光发射器,旁边是一个124米高的电信塔,就像一个巨大的避雷针。

研究人员通过山体两侧的无线电天线和高速摄像机研究了这些雷击,无线电天线追踪了雷电的路径。由28名成员组成的研究小组今天在《自然-光子学》(Nature Photonics)期刊上报告说,在所有4次开启激光的状态下,闪电在跳到塔上之前都沿着激光束的路径移动。因此,研究人员成功引导了每一道闪电最后50米的随机轨迹。

目前研究人员仍有很长的路要走,以证明该技术能够有效地捕捉闪电。胡安德说,他们还想证明激光不仅可以引导闪电,还可以触发闪电,可以以先发制人地消除雷击的威胁。

 

来源: 中时电子报

 

 



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