Управляя молниями

Молнии, казалось бы, относятся к категории неуправляемых стихийных явлений. Как показывает практика, они могут наделать немало вреда, вызывая возгорание различных объектов и нанося тем самым значительный ущерб природе и хозяйственной деятельности человека. Также неоднократно были зафиксированы случаи телесных повреждений и даже гибели людей от удара молнии. Однако, как выяснилось, этот природный феномен можно взять под контроль. Эксперименты в данном направлении проводят профессор Университета Нового Южного Уэльса Андрей Мирошниченко и его коллеги из Австралии и США.

Это не первая попытка ученых покорить молнию. Так, физики из Университета Тель-Авива (Израиль) научились синтезировать в микроволновой печи… шаровую молнию!

Почему именно ее? Шаровая молния – одна из самых больших загадок природы. Как правило, обращают на себя внимание необычный вид и поведение таких молний. Они могут быть самых разных цветов и размеров, способны сами генерировать электрические разряды, их появление часто сопровождается шипением и жужжанием, а также сильным неприятным запахом.

На самом деле шаровая молния встречается не так уж и редко. Обычно наблюдают двигающиеся светя­щиеся шары, появляющиеся во время грозы, иногда в сочетании с традиционными линейными молниями. Были случаи, когда шаровую молнию видели на открытом воздухе, или когда она влетала в помещения, проникая туда не только через двери и окна, но и через отверстия бытовых приборов – электрическую розетку, телефонную трубку…

Обычно период существования шаровой молнии составляет всего несколько секунд, при этом она горит, как яркая лампа. Чаще всего столкновение с ней не представляет опасности для живых существ, хотя случалось, что она убивала людей, животных, наносила ожоги, но то же самое способна делать и обычная молния.

Что же вышло у израильских физиков? Процесс получения шаровой молнии искусственным путем выглядел так. Из сконцентрированной при помощи генератора печи смеси оксида неметаллов образуется капля плазмы, которая затем поднимается в воздух, превращаясь в шарик диаметром около 3 см. Правда, в отличие от природной шаровой молнии она способна продержаться лишь в течение нескольких миллисекунд. Однако не исключено, что в дальнейшем будут открыты более совершенные методы синтеза, которые позволят увеличить продолжительность жизни шара.

А зачем вообще синтезировать шаровые молнии? Прежде всего чтобы изучить механизм их возникновения в природе. В перспективе их можно будет использовать, к примеру, для спецэффектов и розыгрышей в домашней обстановке, а также в бытовых и промышленных целях.

На этот раз команда австралийских и американских ученых во главе с нашим бывшим соотечественником Андреем Мирошниченко разработала технологию, основанную на лазерном излучении, которая позволяет контролировать направление электрического пробоя, заранее разряжая накопленную в грозовой туче энергию. Результаты исследований были опубликованы в журнале Nature Communications. Специалисты имитировали мини-грозу, взяв пару плоских параллельных пластин, разделенных между собой воздушным слоем. На обеих пластинах, подобно конденсаторным, накапливался электрический заряд. Когда он приближался к критическому значению, что должно было привести к пробою, на случайном участке одной из пластин возникала крошечная молния, которая быстро ударяла в такой же случайный участок на второй пластине.

Известно, что в природе молния движется от облака к другому облаку или к земле по пути наименьшего сопротивления. Чтобы создать такой путь искусственно, исследователи задействовали в эксперименте крошечные проводящие частицы графена, которые подвешивали на нужном участке между заряженными пластинами с помощью полого луча специального лазера, разработанного в Австралии еще 10 лет назад.

В результате частицы смогли удерживаться внутри за счет давления света (это явление называется фотофорезом). Подталкиваясь вперед, они заодно нагревались и, достигнув высокой температуры, начинали светиться, вызывая ионизацию соседних частиц воздуха и создавая путь для прохождения молнии.

«У нас получается невидимая нить, – рассказал профессор Мирошниченко, – ручка, с помощью которой мы можем «рисовать светом» и контролировать электрический разряд с точностью до десятой доли толщины человеческого волоса». В то же время авторы проекта считают, что установка для управления молниями в реале может существенно отличаться от демонстрационного лабораторного образца. При этом использовать графен совершенно не обязательно, а воздействовать лазером на взвешенные в воздухе частицы можно и напрямую. И, кстати, для этого даже не требуется особенно мощное излучение.

Разумеется, предстоит учесть еще разнообразные нюансы. Так, вряд ли удастся «отрабатывать» каждый эпизод, связанный с грозой. Но в некоторых ситуациях использование таких установок действительно является целесообразным. Не исключено, что со временем подобные технологии будут запущены в массовое производство и начнут широко использоваться, например, на производственных и медицинских объектах, а также в сфере сельского хозяйства. При этом придется внедрять систему обучения операторов, способных работать с установками для «управления молниями».