物理

1752 年にベンジャミン フランクリンが有名な凧を嵐の空に打ち上げたとき、彼は雲に蓄積された電荷が地面に到達するための優先的な経路を提供しました。 フランクリンの凧の 21 世紀のアップデートは、大気中に発射されたレーザーです。 スイスの山に駐留している研究者らは、高出力レーザーからのビームが稲妻の優先的な経路を提供していることを示しました[1]。 このようなレーザー システムは、いつか空港、ロケット発射台、風力発電所などの敏感な施設に雷から保護できるようになるかもしれません。

米国では年間数十億ドルの損害を引き起こすと推定されている雷による被害は、放電の行き先を制御することで軽減できます。 パリのエコール・ポリテクニックの研究チームのメンバー、オーレリアン・ウアール氏は、「現在、雷を防ぐ唯一の手段は、古典的なフランクリン避雷針だけです」と語る。 これらの高い金属棒は、雲から地面までの抵抗が最も少ない経路を提供する優れた導体です。 しかし、この保護は、ロッドの高さによっておおよそ与えられる、ロッドから一定の距離内の物体にのみ与えられます。 より高いロッドを構築すると、より広いエリアを保護できますが、この解決策が常に実用的であるとは限りません。

「レーザーを使用するというアイデアは、理論的には高さ数百メートルまたは数キロメートルになる可能性のある金属棒の延長部分を作成することです」と、Houard 氏は言います。 金属構造物とは異なり、レーザー「ロッド」は空が脅威にさらされている場合にのみオンにできます。

レーザーベースの雷誘導は 1974 年に初めて提案され、実験室環境でのいくつかの実験により基本概念が確認されました。 ただし、現場でシステムを実証することはさらに困難であることが判明しています。 いくつかのテストは不運で、嵐がレーザーに十分近づくことがありませんでした。 「雷は非常に予測不可能です」とハアード氏は言う。 「ストライキが起こるまでには、非常に長い時間待たなければならないかもしれない。」 そして、1 つのイベントを観察するだけでは十分ではありません。研究者は、レーザーが顕著な効果をもたらしていることを確認するために統計を構築する必要があります。

可能性を高めるために、Houard 氏と同僚は、ヨーロッパで最も雷が発生しやすい場所の 1 つであるスイスの北東側にあるセンティス山でレーザー実験を実施しました。 高さ 2,500 メートル (8,000 フィート) のこの山の頂上には 30 階建ての通信塔があり、年間約 100 回落雷に見舞われます。 2021年の夏、Houard氏らは雷の経路がレーザー光によって誘導できるかどうかをテストすることを目的として、車ほどの大きさのテラワットレーザーを山に設置した。

キャンペーンの開始当初、研究者らは雷雨の接近を警告するために天気予報に頼っていましたが、予報はしばしば外れることが多く、チームはいくつかの機会を逃しました。 「夜に雷が落ちた場合に備えて、山で寝ることにしました」とハワード氏は言います。 また、レーザー光が上空を飛ぶ飛行機の乗客の目にダメージを与える危険性があったため、レーザーを発射する予定があるときは必ず近くの空港に通報する必要があった。

気象条件が整ったとき、チームはレーザーを空に向け、1 kHz の繰り返し率でピコ秒パルスを発射しました。 赤外線レーザー光を塔の頂上付近の一点に集中させることで、研究者らは、レーザー光が複数の細い「フィラメント」に分割され、広がらずに伝播する非線形光学効果を生み出すのに必要な強度に達しました（「視点」を参照） ：「ドーナツ」レーザービームの空気導波路）。 これらの強力な流れは空気を加熱し、50 メートルにも及ぶイオン化ガスまたは「プラズマ」のチャネルを生成します。 このようなプラズマチャネルは金属棒のように導電性があるため、雷の優先的な経路を提供すると期待されています。

2 か月間にわたって、研究者らはレーザーを合計 6 時間操作しました。 その間、塔は16回の落雷に見舞われた。 視覚と電波による観測に基づいて、研究チームは、これらの攻撃のうち 4 回の軌道の一部がレーザーによって誘導されたことを発見しました。 これらのイベントの 1 つを撮影した写真には、レーザーからの 50 メートルのプラズマ チャネルに相当する直線部分を持つ稲妻がはっきりと写っています。 他の 3 回の雷撃は、雷放電による無線放射を記録する山に設置されたアンテナで測定されました。 これらの無線データの研究チームの分析により、やはり、これらの攻撃はレーザーの経路と一致していることが明らかになりました。