Зарядить телефон и осветить город: как ученые используют молнии

Жизнь на Земле могла появиться от удара молнии. Ученые обнаружили, что благодаря разряду атмосферного электричества может образоваться реактивный фосфор. Он необходим для формирования клеток, так как составляет основу молекул ДНК и РНК.

Для чего ученые пытаются приручить молнию? И можно ли с ее помощью повысить урожайность? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Могла ли жизнь на Земле возникнуть от удара молнии

Стеклянные трубки – фульгуриты – находят по всему миру. Они появляются под воздействием высокой температуры, когда молнии попадают в песок или камень. Обычно эти образования состоят из диоксида кремния. Но в американском штате Иллинойс геологи откопали огромный фульгурит нестандартного темного цвета. В его составе и обнаружили тот самый реактивный фосфор.

"До сих пор это вещество находили только в метеоритах. Именно поэтому многие считали, что они могли занести на нашу планету жизнь. Но после находки в Иллинойсе появилась гипотеза, что это могло произойти из-за молний. Пока мы не знаем, куда, с какой интенсивностью и температурой ударила молния, чтобы запустить химическую реакцию появления реактивного фосфора. Скорее всего, это было дерево, которое росло на богатой железом земле", – рассказал профессор Школы исследований Земли и космоса при Университете штата Аризона Хилайри Хартнетт.

Получается, люди многого не знают про молнии и привыкли бояться их разрушительной мощи. Но, возможно, мы просто не умеем правильно использовать атмосферные разряды.

Для чего ученые создают искусственные молнии

Энергии одного удара молнии хватит для того, чтобы несколько месяцев освещать частный дом. Но проблема в том, что разряд нельзя просто поймать в банку и постепенно использовать. Поэтому ученые создают искусственные молнии в лабораториях и уже применяют их на практике. Например, в Манчестерском университете с помощью разрядов электричества тестируют на живучесть самолеты и дроны.

"Никто не хочет оказаться в авиалайнере, у которого отказали электроприборы из-за того, что в него ударила молния. Здесь мы сами бьем летательные аппараты разрядами до миллиона ватт и смотрим, что будет. Это позволяет просчитать возможный ущерб и предотвратить будущие катастрофы", – сказал менеджер Лаборатории высокого напряжения Манчестерского университета Видьядхар Писапати.

Молния в бутылке

А в США при помощи атмосферного электричества решили заставить ездить автомобиль. Для этого ученым пришлось загнать молнию в бутылку. Стеклянный сосуд служит конденсатором, который накапливает заряд. К нему проводами для прикуривания подсоединили автомобильный аккумулятор – и машина поехала.

"Мы сделали интервалы так, чтобы сначала получить высоковольтную вспышку. А потом снизить напряжение, увеличить ток и получить больше энергии. Мы фактически упростили молнию, сведя ее к самому минимуму. Чтобы завести автомобиль, хватило энергии в тысячу джоулей", – отметил главный системный инженер исследовательского центра компании-производителя электроники Ахмед Элассер.

Как ученые заряжают смартфоны от грозового облака

В Великобритании решили использовать атмосферное электричество, чтобы заряжать мобильные телефоны. Причем подставлять смартфон под удар вовсе не обязательно. Эксперименты доказали, что заряд аккумулятора растет, даже если молнии сверкают в полуметре от аппарата.

"С помощью трансформатора мы запустили молнию. Телефон оказался в зоне разряда и начал впитывать энергию переменного тока прямо из воздуха", – рассказал руководитель Высоковольтной лаборатории Университета Саутгемптона Нил Палмер.

Правда, использовать данные эксперимента на практике пока нельзя. Ученые не в силах объяснить, как именно аккумулятор поглощает электричество из воздуха. Поэтому в Массачусетском университете решили, что надежнее заряжать телефон от грозового облака. Для этого ученые разработали миниатюрную копию тучи. Материал здесь не имеет значения, главное – наноотверстия, диаметром в тысячу раз меньше человеческого волоса.

"Поры в материале пропускают молекулы воды из верхней части в нижнюю. Но отверстия малы, и молекулы будут в них застревать. Таким образом верхняя часть слоя будет бомбардироваться гораздо большим количеством молекул воды, чем нижняя, создавая дисбаланс заряда. Это фактически бесперебойный аккумулятор, ведь в воздухе всегда есть вода. Именно так облака вырабатывают электричество, которое выделяется в виде молний", – пояснил инженер-электроник, профессор Массачусетского Университета Цзюнь Яо.

Как повысить урожайность с помощью молний

Московские ученые используют искусственные молнии для повышения урожайности зерновых. В контейнер с металлическими стенками кладут семена и подают высокое напряжение. Воздух внутри электризуется, как в поле во время грозы, и итоге озон распадается на кислород. Он попадает внутрь зерен и стимулирует рост белка.

"Здесь используется высокое напряжение: порядка 100 тысяч вольт. И при его приложении от электрода по поверхности диэлектрика развиваются, как бы скользят каналы разряда", – рассказал старший преподаватель кафедры Техники и электрофизики высоких напряжений Московского энергетического института Вадим Воеводин.

После такой обработки обычные семена пшеницы становятся сверхплодородными и устойчивыми к морозам. К тому же, молнии позволят фермерам отказаться от вредных химических удобрений и пестицидов.

"Электрический разряд, который позволяет, во-первых, с помощью действия различных химических активных частиц уничтожить бактерии и грибки. Кроме того, вызвает так называемый развивающий стресс у растений, благодаря чему они лучше прорастают", – отметил Воеводин.

Как направить молнии в конкретное место

Получается, даже искусственные молнии дают людям огромные возможности. Но по мощи они не сравнятся с настоящей грозой. Если удастся поймать и удержать ее разряд, энергии хватит, чтобы запитать средний город. Вот только как заставить молнии сверкать именно над электростанцией?

Решить эту проблему взялась группа физиков из Австралии и США. Они выяснили, что разряды клюют на лазерный луч. Экспериментаторы наполнили воздух частицами графена, нагрели их лазером – и в лаборатории засверкали молнии.

"В ходе эксперимента были сымитированы атмосферные условия, аналогичные реальной грозе. Мы сами создаем молнии и направляем их, куда нам надо. Большие молнии будут питать электростанции, а маленькие супертонкие станут новым инструментом для хирургов. Например, превратятся в оптический скальпель для удаления раковых опухолей", – сказал научный сотрудник Австралийского национального университета Эдвард Симпсон.

Создание квантовой шаровой молнии

Вот только разряды молнии крайне нестабильны – вспышки длятся всего четверть секунды. Но это, если речь идет об обычных. Шаровые молнии способны продержаться гораздо дольше. Эти сгустки колоссальной энергии живут до 20 минут. Но как им удается так долго левитировать и не терять энергию? Чтобы понять это, исследователи из Финляндии впервые в мире создали в лаборатории квантовую шаровую молнию.

"Теперь нам нужно придумать, как максимально долго удерживать плазму в таком состоянии. Ведь в перспективе шаровая молния может стать самым эффективным мобильным источником энергии", – говорит профессор Университета Аалто Микко Меттенен.

Если все удастся, появится бесперебойный источник альтернативной энергии и можно будет освещать атмосферным электричеством улицы и отапливать дома; строить авиадвигатели на шаровых молниях и летать на них в космос; а еще носить в карманах не пауэрбанки, а мини-молнии, чтобы заряжать мобильные телефоны.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.