科学家首次使用激光引导闪电
背景
雷击是一种强大而危险的自然力量。它们会对建筑物造成损坏，破坏基础设施，甚至威胁人类生命。避雷针是本杰明·富兰克林在18世纪发明的，一直被用于通过吸引雷击并将其导入地下来防止雷击。然而，避雷针只能提供有限的保护，而且对于机场和发射台等大型基础设施无效。
激光：一种新的防雷方法
自20世纪60年代以来，科学家们一直在探索使用激光引导闪电的方法。激光是高度集中的光束，可用于加热和电离空气。这会产生一条密度较低的空气路径，该路径可以导电并引导闪电。
在最近的一项突破中，科学家们首次成功地用激光引导了闪电。该实验在瑞士东北部的桑蒂斯山进行，在那里，一束激光被迅速射向天空。激光引导闪电约50米，为使用激光保护大型基础设施免受雷击提供了概念验证。
激光如何引导闪电
激光通过创建一条密度较低的空气路径来引导闪电，该路径可以导电。当激光束射向天空时，它会加热并电离周围的空气分子。这会产生一条等离子通道，等离子是一种导电气体。然后，闪电会被吸引到等离子通道并沿着它到达地面。
激光相对于避雷针的优势
激光比传统的避雷针具有几个优势。首先，激光可用于保护比避雷针更广阔的区域。单束激光可以比物理杆延伸得更高，这意味着它可以保护地面上更大的区域。其次，激光可以随时打开或关闭，这使得它们只能在需要时使用。避雷针无法做到这一点，因为它们始终处于活动状态。
挑战和未来方向
虽然用激光成功引导闪电是一项重大突破，但在激光可以用于实际应用之前，仍有一些挑战需要解决。一个挑战是激光需要能够引导更长距离的闪电。大多数闪电通道都有数公里长，但目前的激光系统只能引导闪电约50米。另一个挑战是激光系统的成本。实验中使用的激光成本超过20亿美元，预计至少十年内不会商业化。
尽管存在这些挑战，但用激光成功引导闪电是一项有希望的进展。激光有潜力提供一种新的、更有效的防雷方法，它们有一天可能被用于保护机场和发射台等大型基础设施。
附加信息
- 雷击每年可能造成数十亿美元的损失。
- 2006年至2021年期间，美国有近450人死于雷击。
- 以前使用激光引导闪电的实验都失败了，但最近的实验使用了更高的脉冲频率，这是成功的关键。
- 实验中使用的激光以大约每秒1000次的速度发射。
- 激光将闪电引导到瑞士电信塔上的一个杆上，该杆每年被闪电击中约100次。
- 科学家们认为，激光最终可以用于保护机场等大型基础设施免受雷击，但还需要更多的研究。
