Физики показали, что лазерные импульсы могут способствовать образованию дождевых капель в облаках. Статья ученых появилась в журнале Nature Photonics, а ее краткое изложение приводит physicsworld.com.
В рамках исследования ученые использовали инфракрасный лазер Teramobile. Это устройство способно генерировать импульсы длительностью около 10-13 секунды при мощности в 5x1012 ватт. Ученые облучали лазерными импульсами облака, а также специальную емкость с воздухом.
В результате исследователям удалось установить, что ионизация воздуха, вызываемая лазерным излучением, приводит к увеличению количества водяных капель. Количество последних отслеживалось при помощи второй вспышки и анализа рассеянного излучения.
Физики отмечают, что их методика пока далека от практического применения. Дело в том, что до конца пока не ясен физический механизм, приводящий к появлению капель. По мнению исследователей, здесь возможно несколько вариантов. Так, например, водяные капли могут образовываться из-за формирования в воздухе молекул серной или азотной кислот.
Многие специалисты выступили с критикой новой работы. Так, они отмечают, что эффект образования капель может быть переоценен. Если это так, то практическое применение новых результатов оказывается под вопросом.
В Москве для воздействия на погоду использу#
ется установка, созданная на основе патента
С.А.Протопопова и А.П.Тихонова «Способ управ#
ления атмосферными процессами» (1997). Основ#
ной узел в этом устройстве — конвективная ячей#
ка#ионизатор, где генерируются отрицательные
ионы, вызывающие осадки на соответствующих
высотах. Данная система была изготовлена
и в стационарном, и в мобильном варианте.
Экспериментальная модель разработанной ус#
тановки в 1996—1997 гг. успешно обеспечивала
метеозащиту аэродрома «Домодедово» от влияния
туманов, облаков, осадков и других неблагоприят#
ных погодных ситуаций. В январе 1998 г. был про#
веден удачный опыт по длительному удержанию
летной погоды на аэродроме «Тушино» (по срав#
нению с другими аэропортами Москвы наблюдал#
ся явный контраст). Работа была организована по
заказу Федеральной авиационной службы России
и наглядно продемонстрировала возможности
системы. В 2000 г. установка помогла отрядам
МЧС Российской Федерации потушить пожары
в
Павлово#Посадском р#не Московской обл.
А в начале 2003 г. по просьбе фермеров коллектив
специалистов под руководством Тихонова провел
эксперимент по вызыванию дождей в одном из за#
сушливых регионов Австралии.
Исследователи из Германии, Швейцарии и Франции изобрели более эффективный способ заставить присутствующую в облаках влагу сжижаться. Для этого нет необходимости подниматься в воздух — достаточно просто направить в атмосферу мощные лазерные лучи. Результаты своих изысканий ученые опубликовали в статье Laser-induced water condensation in air в журнале Nature Photonics.
Образование и последующее укрупнение капель воды происходит по тому же принципу, что и при засевании облаков специальными веществами: при появлении в перенасыщенном паре (то есть паре, относительная влажность которого больше 100%) каких-либо сторонних частиц — центров конденсации — на них начинают образовываться и быстро расти капли жидкости, которые можно обнаружить даже невооруженным глазом.
Идея нового метода базируется на том, что мощный лазерный луч за счет своей очень высокой интенсивности ионизирует ту часть атмосферы, в которую он попадает. Возникающие в результате облучения ионы молекул газов, образующих воздушную среду, как раз и становятся центрами, вокруг которых сосредотачивается рост водяных капель.
Как уже было сказано, ионизация мощными лазерными импульсами приводит к образованию центров конденсации и переходу воды из газообразного состояния в жидкое. Однако, проведя серию экспериментов в камере с относительной влажностью воздуха от 70 до 90% и температурой от 20 до 60°C, ученые обнаружили, что конденсация водяного пара происходит даже тогда, когда относительная его влажность меньше 100%, то есть когда он не перенасыщен. Дать объяснение такому явлению авторы статьи не смогли. Базируясь на данных из проведенных опытов, они установили, что пороговый минимум влажности, при которой лазер в состоянии индуцировать конденсацию, составляет около 75%.
В связи с этим ученые решили провести серию экспериментов на открытой местности, в условиях, когда лабораторный контроль условий затруднителен, а относительная влажность не превышает 100%. Испытания проводились поздней осенью 2008 года в Берлине. Относительная влажность в день эксперимента колебалась в пределах 90–93% при температуре воздуха 2°C. Уровень загрязнения атмосферы аэрозолями (мелкими частицами в атмосфере), могущими стать непредвиденными центрами конденсации, был очень низок и не мог оказать влияния на результаты эксперимента. Лазер испускал лучи в атмосферу таким образом, что наиболее активно ионизировалась область пространства на высоте от 45 до 70 метров.
Капли воды в атмосфере детектировались с помощью технологии лидар. Через 1 мс после запуска в небо мощного лазерного импульса запускался еще один импульс, также в оптическом диапазоне, но уже значительно меньшей мощности (рис. 4а). Его основным назначением было рассеяние на каплях воды, если таковые появятся после первого лазерного луча.
...
Обработанные данные четко показали, что в интервале высот между 45 и 75 метрами рассеяние Ми было наиболее активным. Коэффициент Ми вырастал на 0,5% по сравнению со значением, измеренным до ионизации атмосферы тераваттным импульсом. Но именно в эту область атмосферы и был произведен выстрел этим импульсом. Так как аэрозольное загрязнение атмосферы было несущественным, то ученые однозначно интерпретировали полученные данные как доказательство начавшегося процесса конденсации водяного пара, поскольку лазерный луч лидара мог рассеиваться только на возникших каплях воды и ни на чём более.
Может показаться, что увеличение коэффициента Ми на полпроцента ничтожно. Но не стоит забывать, что время, после которого технология лидар начала фиксировать рассеяние лазерного импульса, составляло всего 1 мс. За это время успело родиться недостаточное количество водяных капель, однако и этого хватило, чтобы детектировать существование эффекта конденсации водяного пара под действием лазерного импульса значительной мощности.
Может возникнуть вопрос: а почему же тогда ученые не увеличили временной промежуток между лазерными импульсами своей установки и лидара? Такая поспешность была связана исключительно с нестабильностью атмосферы: рожденные капли легко могли быть подхвачены турбулентными воздушными потоками и унесены в сторону, что не позволило бы сделать вывод о влиянии мощного лазерного импульса на сжижение атмосферной воды.
К сожалению, в статье не сообщается, удалось ли ученым с помощью своего лазера вызвать дождь в реальных, не лабораторных, условиях.