強力なレーザーは落雷の方向を変えることができます

スイスのセンティス山の頂上で、研究者らは落雷を防ぐため、避雷針を備えた通信塔の横に強力な赤外線レーザーを設置した（写真）。 この写真の緑色のレーザーは、赤外線レーザーの経路をマークするために使用されました。

トルンフ、マーティン・ストールバーグ

マリア・テミング著

2023 年 1 月 16 日午前 11 時

トールのハイテク ハンマーのように、強力なレーザーが稲妻を掴み、空を通る経路を変更することができます。

山頂の実験では、このようなレーザーが避雷針に向かって雷を曲げたことが研究者らによってオンラインで1月16日付けのNature Photonics誌に報告された。 科学者たちはこれまでにもレーザーを使って実験室で電気を制御したことがあるが、この技術が現実の嵐の中で機能し、いつか雷に対するより良い保護につながる可能性があることを実証したのはこれが初めてだ。

現在最も一般的な避雷技術は、地面に根を張った長さ数メートルの金属製のポールである古典的な避雷針です。 金属の導電性は、近くの建物や人に落ちる可能性のある雷を誘い込み、その電気を安全に地中に供給します。 しかし、避雷針で遮られる面積は避雷針の高さによって制限されます。

「空港やロケットの発射台、風力発電所などの大規模なインフラを保護したい場合、適切な保護のためには数キロメートル、あるいは数百メートルの避雷針が必要になります」とオーレリアン・ウアール氏は言います。フランス、パレゾーにあるパリ工科大学の物理学者。 このような高い金属製のポールは実用的ではありません。 しかし、レーザーはそこまで到達し、遠く離れた稲妻を遮断し、地面にある金属棒まで誘導することができます。

Houard氏と彼の同僚は、スイス北東部のセンティス山の頂上でこのアイデアをテストしました。 彼らは、先端に避雷針が取り付けられた通信塔の近くに高出力レーザーを設置し、毎年約100回雷が落ちる。 レーザーは、2021年7月から9月にかけての雷雨の間に合計約6時間空に向けて照射されました。

レーザーは雲に向けて毎秒約 1,000 回、短く強力な赤外線光を照射しました。 この一連の光パルスは、空気分子から電子をはぎ取り、一部の空気分子をはねのけ、低密度の帯電プラズマのチャネルを切り開きました。 森の中の小道を切り開き、舗装を敷くのと同じように、この効果の組み合わせにより、このルートに沿って電流が流れやすくなります (SN: 3/5/14)。 これにより、雷が空を通過するための最も抵抗の少ない経路が作成されました。

Houard 氏のチームは、タワーの先端のすぐ上にこの導電性経路が形成されるようにレーザーを調整しました。 これにより、レーザーがレーザー装置に到達する前に、タワーの避雷針がレーザーに引っかかったボルトを阻止することができました。

レーザーが点灯している間、タワーは 4 回雷に打たれました。 そのうちの 1 回はかなり晴れた空で発生したため、2 台の高速カメラがその瞬間を捉えることができました。 これらの画像には、稲妻が雲からジグザグに降りてきて、タワーの避雷針に向かってレーザー光を約50メートル追跡する様子が映っていた。

研究者らは、目に見えなかった 3 本のボルトの進路を追跡するために、雷によって放出された電波を調べました。 これらの電波は、3 回の衝突が、レーザーがオフのときに発生した他の衝突よりもレーザーの経路をはるかに密接にたどったことを示しました。 これは、レーザーがこれら 3 回の攻撃を避雷針に誘導したことを示唆しています。

「これは本当に成果です」と、この研究には関与していないメリーランド大学カレッジパークの物理学者ハワード・ミルチバーグは言う。 「人々は長年にわたってこれを試みてきました。」 科学者たちが稲妻を思い通りに変える主な目的は、安全性を高めることだと彼は言う。 しかし、「これが本当に、本当に効率的になり、放電を誘導する確率が現在よりもはるかに増加した場合、潜在的に充電にも役立つ可能性があります。」

最も信頼できる情報源からの優れた科学ジャーナリズムをご自宅までお届けします。

大気宇宙科学者のロバート・ホルツワース氏は、応用例を想像することについてはより慎重だ。 「彼らが示した[誘導]長さはわずか50メートルで、ほとんどの雷経路の長さは数キロメートルです」とシアトルのワシントン大学のホルツワース氏は言う。 したがって、有効な到達範囲を実現するためにレーザー システムをスケールアップするには、多大な労力がかかる場合があります。

より高い周波数、より高エネルギーのレーザーを使用すれば、その到達範囲を拡大できる可能性がある、とHouard氏は言う。 「これはキロメートル範囲の避雷針への第一歩です。」

この記事に関するご質問やコメントはありますか? まで電子メールでご連絡ください。 再版に関するよくある質問

この記事のバージョンは、Science News の 2023 年 2 月 11 日号に掲載されます。

A. Houard et al. レーザー誘導雷。 自然フォトニクス。 2023 年 1 月 16 日にオンラインで公開。doi: 10.1038/s41566-022-01139-z。

以前はサイエンス ニュースで物理科学のスタッフ ライターを務めていたマリア テミングは、現在はサイエンス ニュース エクスプロアーズの副編集長です。 彼女は物理学と英語で学士号を取得し、サイエンスライティングで修士号を取得しています。

私たちの使命は、正確で魅力的な科学ニュースを一般の人々に提供することです。 その使命が今日ほど重要になったことはありません。

非営利の報道機関として、私たちは皆様なしでは成り立ちません。

皆様のご支援により、当社のコンテンツを無料で維持し、次世代の科学者やエンジニアがアクセスできるようにすることができます。 今すぐ寄付して、質の高い科学ジャーナリズムに投資してください。