作者：Zeeya Merali
祈雨舞正藉助雷射技術進行二十一世紀的革新。光學物理學家已經證明，向空中發射雷射可以觸發水滴的形成，這項技術有朝一日可能有助於刺激降雨。
50多年來，人工降雨的努力一直集中在“雲播撒”上——將細小的碘化銀顆粒散佈到空氣中，作為“凝結核”，或雨滴可以圍繞其生長的中心。“問題是，雲播撒是否有效仍然不清楚，”瑞士日內瓦大學的光學物理學家熱羅姆·卡斯帕裡安說。“人們還擔心向空氣中新增碘化銀顆粒對環境是否安全。”
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卡斯帕裡安和他的同事意識到，可能存在一種更環保的替代方案。向空氣中發射由短脈衝組成的雷射束會使光束周圍的氮氣和氧氣分子電離，產生等離子體，從而形成由電離分子組成的“等離子體通道”。卡斯帕裡安解釋說，這些電離分子可以充當天然的凝結核。
為了測試這項技術是否可以誘導水滴產生，研究人員將高功率雷射發射到實驗室中裝有飽和空氣的大氣雲室中（參見影片）。他們使用第二臺標準的低功率雷射照射雲室，使其能夠看到和測量產生的任何水滴。雷射發射後，沿著等離子體通道立即形成了約 50 微米寬的水滴。在接下來的三秒鐘內，隨著較小的水滴聚結，水滴尺寸增長到 80 微米。該團隊的研究結果線上發表在《自然·光子學》雜誌上。
造雨者
卡斯帕裡安及其團隊的下一步是將這項技術帶到戶外。研究人員已經有使用等離子體通道改變天氣的經驗：2008年，他們證明，從他們的高功率行動式“Teramobile 雷射器”發射的光束可以射入雷雨雲，從而觸發放電。光束之所以能夠到達目標而沒有發生偏轉，是因為產生的等離子體通道改變了光在空氣中傳播的速度——在光束中心減速，在兩側加速。這使得光束不斷自聚焦，有助於其在遠距離上保持高強度（參見“彎曲的雷射束穿過空氣”）。
這一次，卡斯帕裡安和他的同事在多個不同的夜晚和各種溼度條件下測試了 Teramobile 雷射器。他們再次透過監測第二臺雷射器發出的光被水滴反向散射的程度來檢測誘導的凝結量。在低溼度條件下，Teramobile 雷射器沒有誘導水滴產生。但卡斯帕裡安說，當溼度較高時，該團隊測得在 Teramobile 雷射器發射後，反向散射量比之前高出 20 倍，這表明凝結水滴正在形成。
德國德累斯頓 FZD 德累斯頓-羅森多夫研究中心的雷射物理學專家羅蘭·紹爾佈雷表示，該團隊有潛力創造一項“突破性技術”。“這是雷射首次被用於在戶外引起凝結，”他說。
然而，這項技術仍處於早期階段。“我們只能沿著雷射通道產生凝結，所以我們明天還不能出去造雨，”卡斯帕裡安指出。他和他的團隊現在正在研究是否可以透過在天空中掃描雷射來在更廣闊的區域產生凝結。
德國卡爾斯魯厄理工學院的大氣物理學家托馬斯·萊斯納對以這種方式擴大該技術的可行性仍持謹慎態度。“我懷疑這是否可以用來按需觸發降雨，”他說。但他補充說，這項技術將有其他用途。他說，研究人員現在應該校準雷射產生的凝結量與當時大氣條件之間的關係。“他們可以使用雷射產生的凝結量作為衡量水分飽和度的指標，以幫助預測降雨的可能性，”他說。