近日，《自然光子學(xué)》（Nature Photonics）雜志發(fā)表一篇題為《激光制導(dǎo)閃電》（Laser-guided lightning）的論文，報道了在瑞士東北部的S?ntis山使用千赫的重復(fù)率激光攔截閃電的研究成果。提出激光改變雷電方向（轉(zhuǎn)移閃電）的可能性。這項歷經(jīng)20多年的研究表明，激光束可望用作保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的“避雷針”。是否有用，尚待時間證明。點擊左下閱讀原文

位于瑞士東北部S?ntis山上124米高電信塔

傳統(tǒng)金屬接閃器（避雷針）通常用于消散電荷。但避雷針大小有限，意味著它們保護(hù)的區(qū)域也有限。

物理學(xué)家一直想知道激光能否對建筑設(shè)施增強保護(hù)，因為它可以比物理結(jié)構(gòu)射向更高的天空，而且可以指向任何方向。

由25名研究人員組成的團(tuán)隊參與了激光避雷針項目，他們在瑞士阿爾卑斯山用一個斥資200萬美元特別制造的高功率激光器做了試驗。研究者將激光器放置在經(jīng)常被閃電擊中的S? ntis山124米高電信塔旁邊。

2021年7月24日激光試驗記錄。

就像金屬線一樣，足夠強的激光束能給閃電創(chuàng)造一個傳導(dǎo)路徑。物理學(xué)家認(rèn)為這是通過改變空氣的性質(zhì)實現(xiàn)的——光束會聚焦成一條細(xì)而強烈的“燈絲”。這會迅速加熱空氣，降低其密度，為閃電創(chuàng)造有利的路徑。就像用激光在空氣中鉆一個洞。

S? ntis山的試驗不是為了將閃電從塔上引開，而是為了證明激光可以引導(dǎo)閃電繞過建筑物的避雷針。在未來的應(yīng)用中，類似光束將引導(dǎo)雷電遠(yuǎn)離敏感設(shè)施，對準(zhǔn)遠(yuǎn)處的避雷針。

經(jīng)過10周觀察，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)激光在6小時的雷暴中引導(dǎo)了4次閃電事件。一臺高速攝像機(jī)清晰顯示，激光束的攻擊路線是沿著激光束形成的直線而非分支路徑。

激光在沒有引導(dǎo)閃電攻擊的情況下仍活躍了數(shù)小時，表明盡管激光轉(zhuǎn)移了閃電，但并沒有讓雷云放電，而后者是一個更好的保護(hù)策略。

此前的研究之所以失敗，是因為使用的激光每秒只發(fā)射幾次脈沖。近期該團(tuán)隊使用每秒發(fā)射1000次高能脈沖的專業(yè)激光器，增加了攔截閃電的機(jī)會。這項工作為超短激光在大氣中的新應(yīng)用鋪平了道路，并代表了在機(jī)場、發(fā)射臺或大型基礎(chǔ)設(shè)施的激光防雷發(fā)展中向前邁出的重要一步。

2021年夏天，團(tuán)隊利用Yb:YAG激光器以1030 nm的波長和1 kHz的重復(fù)率發(fā)射皮秒持續(xù)時間和500 mJ能量的脈沖，在瑞士東北部的S? ntis山124米高的電信塔（這座塔每年大約被閃電擊中100次）附近進(jìn)行了一次實驗活動。兩個獨立的高速攝像機(jī)記錄了50米以上的向上負(fù)閃電先導(dǎo)的引導(dǎo)。在另外三個例子中，通過甚高頻干涉測量證實了激光絲對負(fù)閃電先導(dǎo)的引導(dǎo)，并且在引導(dǎo)閃電事件中探測到的X射線爆發(fā)的數(shù)量大大增加。

來源:科普中國