Лазерная пушка, вызывающая дожди и грозы

Возможно, поговорка «все жалуются на погоду, но никто ничего с этим не может сделать» в обозримом будущем устареет благодаря разработке исследователей из Университета Аризоны. Они нашли способ использовать двойной лазерный луч для конденсации статически заряженных частиц в облаках, что приводит к образованию дождя и молний.

Собственно идея применения высокоэнергетического лазера для провоцирования выпадения дождей не нова. Однако до сих пор ученым не удалось создать установку с большой дальностью действия, которую можно применять на практике. Проблема в том, что лазерный луч большой мощности ведет себя не так, как яркий низкоэнергетический луч лазерной указки. Мощное лазерное излучение имеет свойство саморазрушения в атмосферных условиях. При прохождении высокоэнергетического луча в атмосфере образуется большое количество электронов, причем этот процесс настолько интенсивен, что электроны азота и кислорода превращаются в плазму. В результате образование плазмы «съедает» энергию луча. Кроме того, в мощном излучении показатель преломления среды возрастает, и на границе лазерного луча пучки излучения преломляются и отклоняются. В итоге образуются своеобразные кольца, которые выстреливают молнии-«нити», еще больше рассеивающие энергию центрального лазерного луча. Этот процесс ионизиации воздушной среды называется филаментацией и наблюдается у мощных лазеров со сверхкороткими фемтосекундными импульсами. Лазерное излучение мощных лазеров вызывает образовании «нити» или филамента, которая тянется на некоторое расстояние, пока свойства воздуха не приводят к рассеиванию лазерного излучения. Филамент позволяет очень эффективно создавать возбужденные электроны, которые необходимы для начала дождя и молний.

Явление филаментации было предсказано более 50 лет назад. С ним связывали большие надежды в области передачи лазерной энергии на большие расстояния. К сожалению, до сих пор эксперименты в этой области не приносили особых успехов, поскольку лазерный пучок высокой мощности обычно распадается на множество нитей с высокой плотностью энергии, но с непредсказуемым направлением, длиной и временем существования. Возможно, именно ученым из Университета Аризоны удалось приблизиться к решению данной проблемы.

Новая технология окружает высокоэнергетический лазерный луч низкоэнергетическим лучом-оболочкой и предотвращает образование вторичных филаметов в районе колец переотраженного излучения (выделены красным цветом)

До сих пор создание достаточно протяженной управляемой нити было невозможным, но ученые из Университета Аризоны разработали новую технологию, которая, теоретически, позволяет сделать нить сколь угодно длинной. Суть ноу-хау заключается в использовании более широкого лазерного луча низкой интенсивности, который, как оболочка электрокабеля, защищает нить от рассеивания в атмосфере и питает энергией центральный лазерный луч. Процесс выглядит следующим образом: сначала включается высокоэнергетический лазер, «закутанный» в широкий менее интенсивный луч, а потом широкий луч сжимается, и нить вытягивается в длину. Второй (низкоэнергетический) пучок выполняет роль своеобразного накопителя энергии, который поддерживает мощный центральный луч и предотвращает хаотическое образование множества филаментов. В результате вся энергия течет по центральной «нити» и может преодолевать большое расстояние.

Верхнее изображение показывает длину обычного высокоэнергетического луча, который образует быстро рассеивающийся плазменный канал. На нижнем рисунке луч находится в «оболочке» другого, менее мощного луча, и благодаря этому распространяется дальше

Новая технология, теоретически, позволяет вызвать дождь или молнии с расстояния, по крайней мере, в десятки километров. Это означает, что достаточно мощная лазерная установка сможет контролировать погоду на достаточно обширной территории, например в пределах крупного города.

В настоящее время в лаборатории продемонстрирована работоспособность новой технологии: длину филамента удалось увеличить с 25 см до 210 см. Ученые работают над новой установкой, которая позволит увеличить длину нити еще больше: по расчетам до 50 м. В дальнейшем, по словам научного руководителя проекта профессора Деметроса Христодулидеса (Demetrios Christodoulides), планируется нарастить дальность до сотен метров и более.

Не случайно работу аризонских ученых финансирует Пентагон, ведь теоретически лазерные «нити» можно использовать для передачи на значительные расстояния большого количества любого электромагнитного излучения, например, микроволонового. Проще говоря, становится возможным создание мощного энергетического оружия, способного одним импульсом с расстояния в десятки километров дотла выжечь электронику бронемашины. Военные оценили перспективность данной работы довольно высоко, выделив на начальный этап работы грант в размере $7,5 млн.