实验表明，向天空发射激光可以转移闪电

注意！请不要在家里尝试这种方法。根据一组科学家的一项新研究，向天空发射激光可以避免遭受雷击，他们在瑞士一座山上进行了激光实验，那里有一座巨大的金属电信塔。

物理学家奥雷利安·乌阿尔（Aurélien Houard）来自法国国家科学研究中心巴黎应用光学实验室，他和同事们经受了数小时的雷雨活动，以测试激光是否可以引导雷击，使其远离关键基础设施。这次实验中的电信塔每年大约被闪电击中100次。

上图：激光在起作用。

这与每秒击中地球或云层之间的闪电数量相似。这些打击加起来可以对机场和发射台造成数十亿美元的损失，更不用说人了。

我们抵御雷击的最佳防护是“富兰克林杆/避雷针”，它不过是18世纪本杰明·富兰克林发明的一种金属尖顶，他发现雷击是锯齿形的闪电。这些杆连接到金属电缆上，金属电缆穿过建筑物并锚定在地面上，从而消散闪电的能量。

奥雷利安·乌阿尔和他的同事们想要设计一种更好的方法来防止雷击，用光对抗电。

他们在发表的论文中写道：“尽管这个研究领域已经活跃了20多年，但这是第一个通过实验证明激光引导闪电的现场结果。”

随着气候变化导致的极端天气事件的增加，防雷变得越来越重要。

上图：瑞士Säntis山顶上的激光和电信塔。

这项实验活动于2021年夏天在瑞士东北部的 Säntis 山上进行。在一系列雷暴中，短而强烈的激光脉冲被投射到云层中，并成功地从塔尖转移了四次向上的闪电放电。而在雷暴期间，激光没有工作时，另外12次闪电击中了塔尖。

有一次，当天空足够晴朗，可以用两台独立的高速摄像机捕捉到这一动作时，沿着激光的路径记录下了50米（164英尺）的闪电。

电信塔上的传感器还记录了电场和产生的X射线，以检测闪电活动并证实其路径。

上图：用激光避雷针的实验数据构建的模型。

对于一个于1974年首次提出并在实验室中进行了广泛测试的想法来说，看到它最终在现实世界中按设计工作是令人兴奋的。早些时候的几次实地试验，一次在墨西哥，另一次在新加坡，都没有找到激光可以偏转雷击的证据。

物理学家奥雷利安·乌阿尔和他的同事们写道：“这些初步结果应该通过新配置的额外活动来确认。”

虽然，研究人员仍在研究为什么激光在他们的试验中有效，而在早期的实验中无效，但他们有了一些想法。奥雷利安·乌阿尔和同事使用的激光每秒发射1000个脉冲，比其他激光快得多，这使得绿色光束可以拦截塔上形成的所有闪电前兆。

但记录的激光事件似乎只是转移了正闪电，正闪电是由带正电的云产生的，并产生带负电的向上“先导”。

那么它是如何工作的呢？

正如奥雷利安·乌阿尔和同事在他们的论文中解释的那样，向天空发射的激光改变了空气的光弯曲特性，导致激光脉冲收缩和增强，直到它开始电离空气分子。这个过程被称为“丝化现象”。

空气分子沿着激光的路径被迅速加热，吸收其能量，然后以超音速排出。这就留下了密度较小的“长寿命”空气通道，为放电提供了通道。

研究人员写道：“在高激光重复频率下，这些长寿命的带电氧分子积累起来，为闪电留下了激光路径的记忆。”

上图：实验装置（左）和图像（右）显示了塔上方的丝状区。

在实验室里，几米长的放电是由激光控制的，但这是该技术第一次在雷雨天气中发挥作用。激光条件进行了调整，使丝化现象在塔尖上方开始。

奥雷利安·乌阿尔及其同事总结道：“这项工作为超短激光在大气中的新应用铺平了道路，并代表着在机场、发射台或大型基础设施的激光防雷发展中向前迈出了重要一步。”

这项研究发表在《自然光子学》杂志上。

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