Создан первый в мире лазер-громоотвод, направляющий молнии
Молния чрезвычайно горячая — всего одна вспышка способна нагреть воздух до температуры, в пять раз превышающей температуру поверхности Солнца. Из-за резкого скачка температур окружающий молнию воздух создает раскаты грома, которые мы слышим увидев вспышку. По сути, молния – это мощный электрический разряд, возникающий в грозовых облаках. Попав, например, в дерево или дом, она может стать причиной пожара и гибели людей. Так, чтобы обеспечить защиту зданий и их обитателей от подобной участи, почти три столетия назад американский политик и интеллектуал Бенджамин Франклин изобрел молниеотвод. С тех пор эти металлические решетки над зданиями спасли тысячи жизней и критически важных объектов, а в основу всех последующих разработок в этой области легло изобретение Франклина. И все же недавно произошло кое-что интересное – инженеры разработали устройство для управления молнией с помощью лазера. Последний, как оказалось, работает как громоотвод, рассеивая атмосферные разряды.
В чем опасность молнии?
По статистике каждую секунду поверхность нашей планеты принимает не менее сотни ударов молний, каждый из которых движется со скоростью более 320 000 километров в час и вырабатывает огромное количество электроэнергии. Удары молний во время грозы создают радиочастотные помехи и скачки напряжения, которые сокращает срок службы электронных устройств.
Так, удары молний ответственны за 20% случаев повреждения электрооборудования в жилых и офисных помещениях, а остальные 80% приходится на скачки напряжения. Но вот что особенно интересно – по данным государственной электросетевой корпорации Китая, в 84% случаев повреждения оборудования молниезащита не сработала, хотя сами молниеотводы исправно работают.
Причина, как указывают специалисты, заключается в ошибках при установке и обслуживании комплекса устройств по защите от молний. В то же самое время современная молниезащита не может на 100% гарантировать сохранение оборудования после удара.
Помимо угрозы для всех типов электрических и коммуникационных сетей, удары молний опасны для жизни. Исследователи выделяют пять различных способов поражения человека молнией. Так, жертвы прямого удара чаще всего находятся на открытой местности, а часть тока проходит вдоль поверхности кожи и непосредственно над ней, другая часть проходит через тело – как правило через сердечно-сосудистую и/или нервную системы.
Что такое молниеотвод?
Молниезащита (грозозащита или громоотвод) – представляет собой комплекс разнообразных мер. Самый известный тип громоотвода называется «стержень Франклина» – проводящий электричество металлический стержень, который перехватывает молнии и направляет их на землю. Чаще всего молниеотвод устанавливают на аэродромах, портах, промышленных зданиях или рядом с ними.
Если говорить совсем просто, то система молниезащиты обеспечивает легкий путь молнии к земле. Каждая часть «стержня Франклина» изготавливается из алюминия или меди и устанавливается в самой высокой точке здания или другой конструкции.
Громоотводы также соединяются с другими металлическими компонентами например, с телевизионной антенной и нисходящими проводами, соединяющие стержень и систему заземления. Интересно, что устанавливать громоотводы можно на любом количестве зданий и других конструкций.
К слову, деревянные конструкции без «стержней Франклина» подвержены риску возгорания, а пористые или насыщенные водой строительные материалы, такие как кирпич и бетон, могут и вовсе взорваться после удара молнии.
Может ли лазер защитить от молнии?
Недавно группа ученых из Женевского университета и других исследовательских центров разработала первый в мире лазерный громоотвод. С его помощью, как сообщают авторы изобретения, можно отражать молнии на десятки метров причем даже в плохую погоду. И несмотря на то, что это звучит необычно, в 2004 и 2011 году над ней работали исследователи из разных стран мира. Правда, никаких убедительных доказательств получить так и не удалось.
Теперь мощный лазер, направленный в небо, можно использовать как громоотвод. Дело в том, что мощный лазерный луч, направленный в атмосферу, ионизирует путь, по которому следует молния и фактически направляет ее в определенное место, где ее можно заземлить.
Чтобы доказать работоспособность теории, ученые провели эксперимент на горе Санти на северо-востоке Швейцарии, установив новый громоотвод рядом с телекоммуникационной антенной высотой 124 метра. В результате новое лазерное устройство уловило и перенаправило разряд молнии в небо, предотвратив его попадание в антенну.
"Мы потратили год анализируя данные и пришли к выводу, что разряд молнии следует за лучом практически 60 метров прежде чем достигает антенны. Это означает, что лазер увеличивает радиус защитной поверхности со 120 до 189 см", – объясняют авторы эксперимента.
Так как удары молнии можно предсказать, исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали систему искусственного интеллекта, дополняющую лазерный громоотвод для прогнозирования вспышек молнии. Новая система позволяет прогнозировать удар за 10-30 минут на площади 30 километров (с погрешностью 20%).
И хотя новая модель имеет фундаментальное преимущество над ранее разработанными системами, у ученых впереди много сложной работы. Так, исследователям предстоит понять как именно возникают удары молнии и найти наилучший способ защиты зданий, самолетов, небоскребов и людей.
Как управлять молнией
Создатели первого в мире лазерного молниеотвода пришли к выводу о необходимости дополнительных исследований и экспериментов, полученные ими результаты расширяют современное понимание лазерной физики в атмосфере и могут помочь в разработке новых стратегий защиты людей и критически важных объектов инфраструктуры.
Полученные результаты также имеют большое значение для изучения климатических изменений – удары молнии над горами (в результате глобального потепления) могут спровоцировать ураганы и послужить дополнительной причиной лесных пожаров, которые ранее достигли беспрецедентного уровня. Ученые также надеятся, что их разработка существенно снизит риск поражения молнией в густонаселенных районах мегаполисов.