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激光首次触发雷暴中的电活动

发布时间:2019-01-10 22:00:03

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根据最新一期光学学会(OSA)开放获取期刊Optics Express的一篇新论文,一组欧洲科学家首次故意在雷云中引发电活动。他们通过将高功率的激光脉冲瞄准雷暴来实现这一目标。

在新墨西哥南部Baldy Peak的顶部,两次通过雷暴期间,研究人员使用激光脉冲产生等离子细丝,这种细丝可以导电,类似于本杰明富兰克林的丝绸风筝线。没有触发空对地闪电,因为灯丝寿命太短,但雷电云本身产生的激光脉冲放电。

“这是用激光束引发雷击的重要的第一步,”法国里昂大学的JérômeKasparian说。 “这是我们第一次在雷云中生成照明前体。”他补充说,在团队重新编程激光器以使用更复杂的脉冲序列之后,可能会产生全面雷击的下一步,这些脉冲序列将使更长寿命的灯丝在风暴期间进一步传导闪电。

触发雷击是基础研究和应用研究的重要工具,因为它使研究人员能够研究雷击的机制。此外,触发的雷击将使工程师能够评估和测试飞机和关键基础设施(如电力线)的闪电敏感度。

脉冲激光器代表了一种可能非常强大的触发闪电的技术,因为它们可以形成大量的等离子体细丝 - 空气中分子的电离通道,其作用类似于延伸到雷云中的导线。这是一个如此简单的概念,以至于30多年前首次提出使用激光来触发雷击的想法。但是迄今为止科学家还没有完成这项任务,因为之前的激光器还不足以产生长等离子体通道。当前一代更强大的激光器,如Kasparian团队开发的激光器,可能会改变这一点。

Kasparian和他的同事参与了由法国国家科学研究中心(CNRS)和德国研究基金会(DFG)发起的国际项目Teramobile项目,该项目构建了一个强大的移动激光器,能够通过发射超短激光脉冲产生长等离子体通道。他们选择在新墨西哥州Langmuir实验室测试他们的激光器,该实验室配备了大气放电测量装置。这个实验室坐落在10,500英尺的南巴尔迪峰顶部,处于一个理想的位置,因为它的高度使它接近高雷云。

在测试期间,研究小组在放电激光脉冲后量化了云中的电活动。统计分析表明,它们的激光脉冲确实增强了雷云中的电活动,其目的是实现它们产生位于等离子体通道位置的小局部放电。

然而,实验的局限性在于它们不能产生足够长的等离子体通道以将闪电一直传导到地面。在闪电沿着它们行进超过几米之前,等离子体通道消散。该团队目前正在寻求将激光脉冲的功率提高10倍,并使用脉冲突发来更有效地产生等离子体。

闪电袭击一直是本杰明富兰克林时代科学研究的主题,但尽管如此,仍然没有完全理解。尽管自20世纪70年代以来科学家们已经能够引发雷击,将小火箭射入雷云,将长线连接到地面,但通常只有50%的火箭发射实际上会引发雷击。激光技术的使用将使该过程更快,更有效和更具成本效益,并有望开启许多新的应用。

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