Dodano: 17 styczeń 2023r.

Kontrolowanie wyładowań atmosferycznych za pomocą lasera

Eksperymenty prowadzone w warunkach naturalnych pokazały, że przy pomocy lasera można w pewnym stopniu sterować torem, którym przemieszcza się piorun. Praca sugeruje, że wiązki laserowe mogłyby być wykorzystywane jako piorunochrony do ochrony wrażliwej infrastruktury, jak lotniska czy wyrzutnie rakiet. Technologia wymaga jednak dopracowania.

Błyskawica

 

Osiągnięcie jest imponujące tym bardziej, że już od 20 lat społeczność naukowa ciężko pracuje nad takimi rozwiązaniami - mówi fizyk z Uniwersytetu na Krecie Stelios Tzortzakis, który nie był zaangażowany w badania. - Czy technika będzie przydatna, czy nie, to tylko czas może pokazać – dodaje.

Opis i wyniki badań ukazały się na łamach pisma „Nature Photonics” (DOI: 10.1038/s41566-022-01139-z).

Sięgnąć wyżej

Metalowe piorunochrony są stosowane powszechnie. Przekierowują one uderzenia błyskawic i bezpiecznie rozpraszają ich ładunek. Jednak rozmiar prętów jest ograniczony. Sprawia to, że ograniczony jest również obszar, który chronią.

Dlatego fizycy zaczęli się zastanawiać, czy lasery mogłyby zwiększyć ochronę, ponieważ mogą sięgać wyżej w niebo niż struktura fizyczna. Dodatkowo mogą być skierowane w dowolnym obszar nieba. Jednak pomimo udanych demonstracji laboratoryjnych, naukowcy nigdy wcześniej nie odnieśli sukcesu w terenie.

Aby to zmienić, grupa około 25 badaczy stworzyła projekt Laser Lightning Rod, w ramach którego w szwajcarskich Alpach testowano specjalnie stworzony laser o dużej mocy, wart ok. 2 mln euro. Naukowcy umieścili urządzenie obok wieży telekomunikacyjnej w Säntis, w którą często uderzają pioruny. - To jeden z tych projektów, na którego wyniki wszyscy czekali - mówi Valentina Shumakova, fizyk laserowy z Uniwersytetu Wiedeńskiego.

Złapać błyskawicę

Wystarczająco intensywna wiązka laserowa może stworzyć ścieżkę przewodzącą dla pioruna, podobnie jak metalowy drut. Fizycy uważają, że dzieje się tak poprzez zmianę właściwości powietrza, które wiązka gwałtownie podgrzewa. Zmniejsza to jego gęstość i tworzy korzystną ścieżkę dla błyskawicy. - To jak wiercenie laserem dziury w powietrzu - mówi Aurélien Houard, fizyk z Laboratorium Optyki Stosowanej w Paryżu, który kierował projektem.

Eksperymenty w Säntis nie miały na celu oddalenia pioruna od wieży, lecz pokazanie, że laser może poprowadzić ścieżkę uderzenia przez piorunochron konstrukcji. W przyszłości podobne wiązki mogłyby kierować błyskawice z dala od wrażliwych instalacji na oddalone piorunochrony - uważa Houard.

Pioruny sterowane

W ciągu 10 tygodni obserwacji zespół zauważył, że laser nakierował 4 błyskawice podczas 6 godzin burzy. Kamera o dużej prędkości wyraźnie pokazała jedno uderzenie podążające za prostą linią wiązki laserowej, a nie rozgałęziające się.

- Dla 100 proc. uderzeń, w których obecny był laser, zmierzyliśmy efekt jego działania - mówi Houard. Ale Tzortzakis zauważa, że laser był również aktywny przez wiele godzin bez kierowania uderzeń. Sugeruje to, że chociaż przekierowywał on pioruny, to nie zmuszał chmur burzowych do wyładowań, co byłoby lepszą strategią ochrony.

Wysiłki naukowcy przyniosły spodziewany efekt, ponieważ poprzednie eksperymenty wykorzystywały laser o znacznie mniejszej mocy. Specjalistyczny sprzęt to jednak znaczne ograniczenie. - Potrzeba czasu, aby zmniejszyć system i uczynić go tańszym i bardziej praktycznym - zauważa Houard.

 

Źródło: University of Geneva, fot. MaxPixel