Ученые решили вызывать дождь лазером

Европейские ученые предложили новый, бесконтактный способ воздействия на процесс выпадения осадков. Облучение туч лазером может стать конкурентом йодистому серебру, которое мэр Юрий Лужков годами распыляет самолетами в Подмосковье в праздничные дни. Оценив эффективность современных методик разгона облаков и их экологическое воздействие, физик Джером Каспарян из Университета Женевы с коллегой Филиппом Роуветтером из берлинского Свободного университета решили изучить способность лазерного излучения вызывать конденсацию водяного пара.

Конденсировать водяной пар оказалось под силу фемтосекундным лазерам, интерес к которым в последние годы проявляют многие специалисты по нелинейной оптике.

Филаменты

Известно, что распространение фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе сопровождается явлением самофокусировки. При увеличении мощности лазерного импульса выше порогового значения пучок «схлопывается» в тонкие длинные каналы, в которых кислород и азот становятся частично ионизованными. Эффект самофокусировки возникает благодаря тому, что коэффициент преломления среды (очень мало, но все-таки) зависит от мощности излучения. В воздухе филаменты, как правило, могут иметь длину в несколько метров, в ширину -- несколько десятков микрон.

Эксперименты с конденсацией пара проводились европейскими учеными в замкнутой установке с воздухом, насыщенным влагой, и при определенной температуре. Пучок из 20-30 филаментов испускался лазерной установкой Teramobile, производящей импульсы энергией в 220 мДж длительностью 60 фемтосекунд на длине волны 800 нанометров. При температуре -24°С и относительной влажности воздуха 230% ученые наблюдали, как в филаментах конденсируется вода. После выключения лазера ядра конденсации продолжали расти и объединяться. Оказалось, что сливаются друг с другом только капли средних и больших размеров: ядра конденсации размером в 50 микрон через три секунды после выключения лазера вырастали в три раза.

Через три секунды после импульса содержание сконденсировавшейся воды в активной зоне выросло в полтора раза.

Через несколько секунд подавался второй пучок. Это делалось для того, чтобы сконденсировавшиеся капли можно было наблюдать визуально.

Лазер над Берлином

Следующим этапом эксперимента стала демонстрация возможностей лазера на открытом воздухе. Поздней осенью 2008 года лазерный луч улетел в небо над Берлином. Для оценки содержания аэрозолей в воздухе после включения лазера были проведены измерения с помощью установки LIDAR (light detection and ranging), измеряющей отражение света и его рассеивание на микрочастицах. Оказалось, что на высоте первого филамента -- от 30 до 90 метров -- прибор четко показал рост рассеяния света за счет образовавшихся микроскопических капель воды.

Хотя механизм конденсации воды учеными пока досконально не изучен, исследователи выяснили, что связан он с особенностями возникновения внутри филаментов холодной плазмы. Образующиеся внутри этой плазмы так называемые ионные кластеры Уилсона, состоящие из ионизированных молекул кислорода O₂^-, становятся ядрами последующей конденсации влаги.

Ученые признаются, что говорить о скорой возможности вызывать в нужном районе земли ливни пока рано. «Прошу заметить, что, в отличие от того, что понаписали кое-где в интернете, мы не спровоцировали масштабное атмосферное явление и даже не породили облако, -- пояснил Infox.ru соавтор исследования Филипп Роуветтер. -- Мы экспериментально продемонстрировали, что самофокусирующиеся филаменты, генерируемые ультракороткими лазерами, могут содействовать конденсации воды даже в не насыщенной влагой атмосфере». Как говорят авторы в статье, опубликованной в журнале Nature Photonic, в последующих экспериментах они надеются на основе открытия действительно предложить способ влияния на погоду без реагентов с самолетов и без ракет. Пока же, используя все тот же созданный международной коллаборацией лазер Teramobile, Джером Каспарян смог значительно увеличить частоту молний во время одной «отдельно взятой» грозы.