강력한 레이저는 번개의 방향을 바꿀 수 있습니다

스위스 센티스(Säntis) 산 꼭대기에서 연구원들은 번개를 잡기 위해 피뢰침(사진)이 달린 통신탑 옆에 강력한 적외선 레이저를 설치했습니다. 이 사진의 녹색 레이저는 적외선 레이저의 경로를 표시하는 데 사용되었습니다.

트럼프, 마틴 스톨버그

마리아 테밍

2023년 1월 16일 오전 11시

토르의 하이테크 망치처럼 강력한 레이저는 번개를 붙잡고 하늘을 통과하는 경로를 바꿀 수 있습니다.

레이저가 번개를 피뢰침 쪽으로 구부리는 산 정상 실험에서 연구자들은 1월 16일 Nature Photonics에 온라인으로 보고했습니다. 과학자들은 이전에도 실험실에서 레이저를 사용하여 전기를 교전한 적이 있지만, 이는 이 기술이 실제 폭풍우에서도 작동하고 언젠가는 번개에 대한 더 나은 보호로 이어질 수 있다는 첫 번째 시연입니다.

오늘날 가장 일반적인 번개 방지 기술은 땅에 뿌리를 박은 미터 길이의 금속 기둥인 고전적인 피뢰침입니다. 금속의 전도성은 인근 건물이나 사람을 칠 수도 있는 번개를 유인하여 해당 전기를 지구에 안전하게 공급합니다. 그러나 피뢰침으로 보호되는 영역은 피뢰침의 높이에 따라 제한됩니다.

Aurélien Houard는 "공항이나 로켓 발사대 또는 풍력 발전 단지와 같은 대규모 인프라를 보호하려면... 좋은 보호를 위해서는 킬로미터 또는 수백 미터 크기의 피뢰침이 필요할 것입니다."라고 말합니다. 프랑스 Palaiseau에 있는 Institut Polytechnique de Paris의 물리학자입니다. 이렇게 높은 금속 기둥은 실용적이지 않습니다. 그러나 레이저는 멀리까지 도달하여 멀리 떨어진 번개를 가로채 지상에 있는 금속 막대로 유도할 수 있습니다.

Houard와 그의 동료들은 스위스 북동부의 Säntis 산 꼭대기에서 이 아이디어를 테스트했습니다. 그들은 매년 100번 정도 번개를 맞는 피뢰침이 달린 통신탑 근처에 고출력 레이저를 설치했습니다. 레이저는 2021년 7월부터 9월까지 뇌우가 발생하는 동안 총 약 6시간 동안 하늘에 발사되었습니다.

레이저는 초당 약 1,000번 정도 짧고 강렬한 적외선을 구름에 발사했습니다. 이 일련의 광 펄스는 공기 분자에서 전자를 떼어내고 일부 공기 분자를 밀어내어 저밀도 하전 플라즈마 채널을 형성했습니다. 숲 속에 길을 치우고 포장도로를 깔는 것과 같은 효과의 조합으로 인해 이 경로를 따라 전류가 더 쉽게 흐르게 되었습니다(SN: 3/5/14). 이는 번개가 하늘을 통과하는 데 저항이 가장 적은 경로를 만들었습니다.

Houard 팀은 레이저를 조정하여 타워 끝 부분 바로 위에 전기 전도성 경로를 형성했습니다. 이를 통해 타워의 피뢰침은 레이저에 걸린 볼트가 레이저 장비까지 내려오기 전에 이를 차단할 수 있었습니다.

레이저가 켜져 있는 동안 탑은 번개에 네 번이나 맞았습니다. 그 충돌 중 하나는 상당히 맑은 하늘에서 발생하여 두 대의 고속 카메라가 그 순간을 포착할 수 있었습니다. 해당 이미지에는 번개가 구름에서 지그재그로 내려와 타워의 피뢰침을 향해 약 50m 동안 레이저 빛을 따라가는 모습이 담겨 있습니다.

연구진은 눈에 보이지 않는 세 개의 볼트의 경로를 추적하기 위해 번개가 발산하는 전파를 관찰했습니다. 그 전파는 세 번의 충격이 레이저가 꺼졌을 때 발생한 다른 충격보다 훨씬 더 가깝게 레이저의 경로를 따른다는 것을 보여주었습니다. 이는 레이저가 이 세 번의 공격을 피뢰침에도 유도했음을 암시했습니다.

"이것은 진정한 성과입니다"라고 이번 연구에 참여하지 않은 메릴랜드 대학교 칼리지 파크의 물리학자인 하워드 밀치버그(Howard Milchberg)는 말했습니다. "사람들은 수년 동안 이것을 하려고 노력해 왔습니다." 번개를 자신의 의지대로 구부리는 과학자들의 주요 목표는 안전성을 높이는 것이라고 그는 말합니다. 그러나 "만약 이것이 정말로 효율적이게 된다면 방전을 유도할 가능성이 지금보다 훨씬 더 높아진다면 잠재적으로 충전에도 유용할 수 있을 것입니다."

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