超越本·富兰克林：激光避雷针让科学家们兴奋不已

    科学家们现在正在努力用21世纪的技术改进18世纪的创新——一种采用高功率激光的系统，可能会彻底改变防雷保护。研究人员周一表示，他们成功地在瑞士东北部桑蒂斯山顶使用激光对准天空转移了雷击。

    随着进一步的发展，这种激光避雷针可以保护关键基础设施，包括发电站、机场、风电场和发射台。闪电每年对建筑物、通信系统、电力线和电气设备造成数十亿美元的损失，同时还会造成数千人死亡。

    该设备被拖到海拔约8,200英尺（2,500米）的山顶，部分部件使用缆车，其他部件则使用直升机，并聚焦在400英尺高（124米高）的传输装置上方的天空属于电信供应商Swisscom(SCMN.S)的塔，是欧洲受闪电影响最严重的建筑之一。

    在2021年两个月的实验中，发射了每秒1,000次的强激光脉冲以重定向雷击。系统处于活动状态时的所有四次攻击都被成功拦截。首先，研究人员使用两台高速摄像机记录了160英尺（50米）以上的闪电路径的重新定向。另外三个记录了不同的数据。

    “我们首次证明激光可用于引导自然闪电，”法国高等理工学院应用光学实验室的物理学家AurelienHouard说，他是激光避雷针项目的协调员，也是发表在该杂志上的研究的主要作者自然光子学。

    闪电是云与地之间、云内或云与云之间的高压放电。

    “强烈的激光可以在其路径上在大气中产生长长的等离子体柱，其中包含电子、离子和热空气分子，”Houard说，指的是带正电的粒子称为离子和带负电的粒子称为电子。

    “我们在这里展示了这些等离子柱可以作为闪电的向导，”Houard补充道。“这很重要，因为这是迈向基于激光的雷电保护的第一步，如果激光能量足够，它实际上可以达到数百米（码）或一公里（0.6英里）的高度。”

    激光装置有一辆大汽车那么大，重量超过3吨。它使用德国工业机械制造公司TrumpfGroup的激光器。日内瓦大学的科学家也发挥了关键作用，实验是与航空航天公司ArianeGroup合作进行的，该公司是空中客车公司(AirbusSE)(AIR.PA)和赛峰集团(SafranSA)(SAF.PA)的欧洲合资企业。

    这个概念于20世纪70年代首次提出，曾在实验室条件下起作用，但直到现在还未在现场使用。

    避雷针可追溯到富兰克林时代，是建筑物顶部的金属棒，通过电线连接到地面，将电荷无害地传导至地面。他们的局限性包括只保护一小块区域。

    Houard预计，在激光避雷针投入普遍使用之前，还需要10到15年的工作。一个问题是避免干扰飞行中的飞机。事实上，当研究人员使用激光时，该地区的空中交通中断了。

    “事实上，在该地区的空中交通中使用该系统存在潜在问题，因为如果飞行员穿过激光束并向下看，激光可能会伤害他的眼睛，”Houard说。