美國每年約發生 4000 萬次雷擊。這種自然現象令人恐懼地隨機，我們主要依靠避雷針這種近 300 年曆史的技術來應對。但研究人員正在探索一種更具 21 世紀氣息的解決方案：雷射束。
由本傑明·富蘭克林率先提出的避雷針在保護建築物方面效果良好。但它在保護大片土地或廣闊的設施（如風力發電場、機場和火箭發射臺）方面的能力有限。因此，在一項發表在《自然·光子學》雜誌上的研究中，一個科學家團隊測試了一種高功率雷射器，以引導閃電擊中瑞士一座山的山頂。研究團隊表示，這種“雷射避雷針”技術有朝一日可以轉移重要的大型基礎設施的雷擊。
“他們所做的工作非常令人印象深刻，”亞利桑那大學的光學科學家傑裡·莫洛尼說，他是這種雷射應用的早期先驅，但沒有參與這項研究。這是一個“非常非常精密的裝置”。
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當水滴和冰晶之間的摩擦在雲層中產生靜電荷時，通常在暴風雨期間會發生閃電。這種電力積聚並最終釋放，沿著雲層和地面之間電阻最小的路徑向上或向下推進巨大的火花。普通的避雷針由導電金屬製成；它們為閃電提供了一個優先的撞擊點，然後安全地將電荷引導到建築物周圍並進入地面。但金屬並不是將閃電從易受攻擊的目標引開的唯一方法。
在新的實驗中，高功率雷射器將一列空氣變成導體。當雷射發射時，它會將電子從光束路徑中的空氣分子中分離出來，從而在稱為電離的過程中產生帶電粒子。這會將通常是絕緣體的空氣轉變成閃電具有吸引力的撞擊點——有效地在要保護的區域上方的天空中建立一個高聳、臨時且可控的避雷針。科學家們幾十年來一直夢想著建造雷射避雷針，但之前的實驗大多失敗了。法國巴黎綜合理工學院的物理學家、該研究的主要作者奧雷利安·胡瓦德解釋說，舊的雷射器每秒只能脈衝約 10 次，速度太慢，無法保持空氣柱電離。研究中使用的雷射器每秒可以發射 1000 次，每次脈衝持續一萬億分之一秒。
“如果你願意，你可以用這種雷射燒石頭，”胡瓦德說。論文的資深作者、日內瓦大學的物理學家讓-皮埃爾·沃爾夫補充說，它消耗約 10 千瓦的功率：大致相當於操作商用烤箱或七個家用空間加熱器所需的功率。*
研究人員在瑞士阿爾卑斯山脈的著名山峰 Säntis 山頂測試了雷射的引雷能力，之所以選擇這裡是因為閃電經常擊中山頂的電信塔。在那裡，在 2021 年夏季，該團隊記錄了初步結果，同時觀察到 16 次雷擊，其中 4 次發生在雷射器開啟時。在這四種情況下，感測器（高速攝像機或高頻電磁波探測器）都捕捉到了閃電沿著光束路徑傳播的情況。作者希望透過未來研究的更多資料來微調這項技術。
沃爾夫說：“下一步將更接近實際應用，基本上是在發射臺附近或機場附近重做這個實驗。”
南伊利諾伊大學的航空研究員艾琳·米勒（未參與這項研究）表示，機場的雷擊是一個“持續存在的問題”，它們不僅會延誤航班，還會導致員工和旅客受傷或死亡。大多數機場目前依靠早期預警系統來防止飛機在雷擊風險較高時滑行或降落。
雷射避雷針技術將如何適應這種環境尚不清楚；即使是瞄準天空的微型雷射器對飛行員來說也出了名的危險。在他們最近的山頂實驗中，研究人員與航空當局合作，在 Säntis 周圍劃定了禁飛區。研究作者表示，狹窄的臨時禁飛區和飛機進入射程時的自動關閉功能可能會解決安全問題。
不過，就目前而言，本傑明·富蘭克林的創新技術仍然適用。
*編者注（2023 年 3 月 31 日）：此句在釋出後經過編輯，以更正對雷射器功耗的描述。