شعاع الليزر يحول مسار ضربات الصواعق

توصل فريق دولي من العلماء إلى أن إطلاق شعاع ليزر في السماء يمكن أن يحول مسار ضربة البرق. يقول الباحثون إن عملهم يمكن أن يؤدي إلى حماية أفضل من الصواعق للمطارات والبنى التحتية الحيوية الأخرى ، بالإضافة إلى تمهيد الطريق لتطبيقات جديدة في الغلاف الجوي لليزر فائق القصر.

تشير بيانات الأقمار الصناعية إلى وجود ما بين 40 و 120 ومضة برق في جميع أنحاء العالم - بما في ذلك البرق من السحابة إلى الأرض والبرق السحابي - كل ثانية. مثل هذه التصريفات الكهروستاتيكية بين السحب وسطح الأرض مسؤولة عن آلاف الوفيات وأضرار تقدر بمليارات الدولارات كل عام.

الحماية الأكثر شيوعًا ضد الصواعق هي مانعة الصواعق ، والمعروفة أيضًا باسم قضيب فرانكلين. يوفر هذا الصاري المعدني الموصّل كهربائيًا نقطة ضرب تفضيلية للصواعق ويوجه التفريغ الكهربائي بأمان إلى الأرض.

لكن قضبان فرانكلين لا تعمل دائمًا بشكل مثالي وتوفر تغطية محدودة. المنطقة التي يقومون بحمايتها لها نصف قطر يكافئ ارتفاعها تقريبًا: قضيب 10 أمتار سيحمي منطقة نصف قطرها 10 أمتار. وهذا يعني أن الحماية الموثوقة لمناطق كبيرة من البنية التحتية تتطلب قضبانًا متعددة أو غير مجدية.

كبديل ، اقترح العلماء أنه يمكن استخدام نبضات الليزر المكثفة لتوجيه ضربات الصواعق. الفكرة ، التي تم استكشافها سابقًا فقط في ظروف معملية ، هي أن شعاع الليزر سيعمل كقضيب متحرك كبير.

النظرية الأساسية وراء مانعة الصواعق المعتمدة على الليزر هي أن نبضات الليزر المكثفة والقصيرة يتم إطلاقها في الهواء ، حيث تصبح شديدة بما يكفي لتأين جزيئات الهواء. على طول هذه القنوات الضيقة الطويلة لنبضات الليزر المؤينة ، يتم تسخين جزيئات الهواء بسرعة وطردها بسرعة تفوق سرعة الصوت. هذا يترك وراءه قنوات طويلة العمر من الهواء ذات كثافة منخفضة تكون أكثر موصلة للكهرباء من المناطق المحيطة ، مما يوفر مسارًا أسهل لتفريغ الشحنات الكهربائية من البرق للتنقل على طول.

"عندما تنبعث نبضات ليزر عالية الطاقة في الغلاف الجوي ، تتشكل خيوط من ضوء شديد للغاية داخل الشعاع" ، كما يوضح جان بيير وولف، عالم فيزياء بجامعة جنيف. "تؤين هذه الخيوط جزيئات النيتروجين والأكسجين في الهواء ، والتي تطلق بعد ذلك إلكترونات حرة الحركة. هذا الهواء المتأين ، المسمى بالبلازما ، يصبح موصلًا كهربائيًا ".

لاختبار هذه الفكرة ، توجه وولف وفريق من الباحثين من أوروبا والولايات المتحدة إلى إحدى النقاط الساخنة للصواعق في أوروبا: جبل سانتيس في شمال شرق سويسرا. على قمة هذا الجبل الذي يبلغ ارتفاعه 2500 مترًا يوجد برج اتصالات يبلغ ارتفاعه 124 مترًا ويضربه البرق حوالي 100 مرة في السنة.

قام الفريق بتركيب ليزر مطور خصيصًا بالقرب من برج الاتصالات. بحجم سيارة كبيرة ويزن أكثر من ثلاثة أطنان ، يصدر الليزر نبضات مدتها بيكو ثانية و 500 ميغا جول من الطاقة بمعدل حوالي ألف نبضة في الثانية. بين يوليو وسبتمبر في عام 2021 ، قام الباحثون بتشغيل الليزر خلال ما مجموعه 6.3 ساعات من نشاط العواصف الرعدية التي تحدث على بعد 3 كم من البرج.

هل يمكن أن يوجه الليزر مسار البرق ويتحكم فيه؟

خلال الفترة التجريبية التي استمرت شهرين ، أصيب البرج بما لا يقل عن 16 ومضة برق ، حدثت أربعة منها أثناء نشاط الليزر. تم تحويل جميع ضربات الصواعق الأربعة بواسطة الليزر. استخدم العلماء قياسات تيار البرق على البرج وهوائيات المجال الكهرومغناطيسي وأجهزة استشعار الأشعة السينية لالتقاط تفاصيل الموجات الكهرومغناطيسية ورشقات الأشعة السينية الناتجة عن تفريغ البرق لتأكيد موقع الضربات.

كما تم تسجيل مسار إحدى الضربات بواسطة كاميرتين عاليتي السرعة. تظهر الصور أن ضربة البرق اتبعت في البداية مسار الليزر لحوالي 50 مترًا.

يقول وولف: "من أول حدث البرق باستخدام الليزر ، وجدنا أن التفريغ يمكن أن يتبع الشعاع لما يقرب من 60 مترًا قبل الوصول إلى البرج ، مما يعني أنه زاد من نصف قطر سطح الحماية من 120 مترًا إلى 180 مترًا".

أبلغ الباحثون عن نتائجهم في طبيعة الضوئيات.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/