레이저 빔으로 번개를 구부리는 방법

번개를 제어하는 ​​것은 기념비적인 야망이지만 유럽의 과학자 그룹이 비록 짧고 막대한 비용을 들여서라도 이 일을 해냈습니다. 스위스 뇌우에 레이저를 발사함으로써 그들은 언젠가 우리가 대기의 엄청난 힘을 어떻게 휘두를지 엿볼 수 있었습니다.

"실제 환경에서 번개를 어떻게 제어할 수 있는지에 대한 최초의 설득력 있는 증거입니다."

이번 연구에 참여하지 않은 글래스고 대학의 포토닉스 교수인 마테오 클레리치(Matteo Clerici)는 "그들이 해낸 일은 인상적이었다"고 말했습니다. "실제 환경에서 번개를 어떻게 제어할 수 있는지에 대한 최초의 설득력 있는 증거입니다."

이를 위해 최근 Nature Photonics에 연구 결과가 발표된 팀은 레이저 필라멘트라고 알려진 것을 만들었습니다. 레이저가 공기를 통과할 때 레이저의 자체 포커싱 효과로 인해 필라멘트가 발생하는데, 이는 햇빛이 볼록 돋보기를 통과하는 것처럼 전력을 집중시킵니다. 에너지는 너무 강렬해져서 공기 분자에서 전자를 "끓이거나" 이온화하여 과열된 물질의 수프인 플라즈마를 생성합니다. 뜨거운 플라즈마 빔을 필라멘트라고 합니다.

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"매우 강력한 레이저를 가지고 있을 때, 공중에서 쏘면 자발적으로 필라멘트가 형성됩니다."라고 파리 École Polytechnique 응용 광학 연구소의 연구 코디네이터인 Aurélien Houard는 말했습니다.

필라멘트는 공기 분자를 방출하는데, 이는 번개가 깔때기로 가는 경로를 없애는 과정입니다. Houard는 "저밀도 채널을 생성합니다"라고 말했습니다. "이 채널에서는 [번개] 충전이 외부보다 더 빠르게 진행될 수 있습니다." 필라멘트는 전통적인 금속 피뢰침 방식으로 전기가 우선적으로 이동하는 최소 저항 경로가 됩니다.

연구원들은 궁극적인 목표는 이 장치를 사용하여 공항과 같은 민감한 지역에서 번개의 방향을 바꾸는 것이라고 말합니다. 레이저는 도달 범위가 훨씬 넓기 때문에 금속 피뢰침보다 훨씬 더 넓은 영역을 보호할 수 있습니다.

그 결과는 20년이 넘는 연구와 실험의 정점입니다.

대기 중에 필라멘트를 생성하기 위해 연구자들은 지속 시간이 1조분의 1초 미만인 빠른 펄스를 발사하는 레이저를 사용합니다. 연속 빔보다 더 짧은 펄스의 피크에 더 많은 전력을 주입하는 것이 가능하기 때문에 이러한 레이저에 전력을 공급하는 것은 간결합니다. Houard는 "짧은 레이저의 아이디어는 상대적으로 적은 양의 에너지로 매우 높은 강도에 도달할 수 있다는 것입니다."라고 말했습니다.

번개를 제어하려는 이전 시도는 2008년 뉴멕시코와 2011년 싱가포르에서 실패했습니다. Houard는 사용된 레이저가 필라멘트의 저밀도 채널을 유지할 만큼 충분히 빠르게 펄스할 수 없었기 때문에 실패가 부분적으로 발생했다고 믿습니다.

이러한 레이저는 초당 최대 10회까지만 펄스를 발생시킬 수 있습니다. 그러나 Houard의 연구에서 연구진은 독일 회사인 TRUMPF Scientific Lasers와 협력하여 초당 1,000회 펄스를 낼 수 있는 레이저를 설계했습니다. 사상 최초로 만들어진 이 장치는 제작에만 200만 유로가 넘는 비용이 들었습니다. Houard는 "레이저 개발에 2년이 걸렸고, 그 후 거의 2년 동안의 테스트를 거쳤습니다."라고 말했습니다.

3톤 레이저는 낙뢰가 자주 발생하는 것으로 알려진 스위스 산티스 산 정상 통신탑 옆에 설치됐다. 과학자들은 기계를 분해하고 부품을 곤돌라로 운반한 다음 대형 헬리콥터를 배치하여 산에 배치해야 했습니다.

설치에는 3개월이 걸렸습니다. Houard는 "너무 많은 시간과 노력, 돈을 투자한 끝에 아무것도 볼 수 없는 좋은 기회가 있었습니다. 꽤 위험한 실험이었습니다."라고 Houard는 말했습니다.

그러나 레이저를 발사해 하늘을 향해 겨누자 팀의 우려는 곧 가라앉았다. 2개월 동안 그들은 레이저 경로를 따라 4번 번개가 치는 것을 기록했습니다. 한번은 카메라가 약 50미터(160피트) 동안 레이저를 따라가는 번개를 포착할 수 있을 만큼 하늘이 맑았습니다.