Η δέσμη λέιζερ εκτρέπει την πορεία των κεραυνών

Η εκτόξευση μιας δέσμης λέιζερ στον ουρανό μπορεί να εκτρέψει την πορεία ενός κεραυνού, ανακάλυψε μια διεθνής ομάδα επιστημόνων. Οι ερευνητές λένε ότι το έργο τους θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερη αντικεραυνική προστασία για αεροδρόμια και άλλες κρίσιμες υποδομές, καθώς και να ανοίξει το δρόμο για νέες ατμοσφαιρικές εφαρμογές υπερμικρών λέιζερ.

Τα δορυφορικά δεδομένα υποδηλώνουν ότι σε όλο τον κόσμο υπάρχουν μεταξύ 40 και 120 αστραπές – συμπεριλαμβανομένων των κεραυνών από σύννεφο σε έδαφος και σύννεφο – κάθε δευτερόλεπτο. Τέτοιες ηλεκτροστατικές εκκενώσεις μεταξύ των νεφών και της επιφάνειας της Γης είναι υπεύθυνες για χιλιάδες θανάτους και ζημιές αξίας δισεκατομμυρίων δολαρίων κάθε χρόνο.

Η πιο κοινή προστασία από κεραυνούς είναι το αλεξικέραυνο, γνωστό και ως ράβδο Franklin. Αυτός ο ηλεκτρικά αγώγιμος μεταλλικός ιστός προσφέρει ένα προτιμώμενο σημείο κρούσης για κεραυνούς και οδηγεί την ηλεκτρική εκκένωση με ασφάλεια στο έδαφος.

Αλλά οι ράβδοι Franklin δεν λειτουργούν πάντα τέλεια και παρέχουν περιορισμένη κάλυψη. Η περιοχή που προστατεύουν έχει μια ακτίνα περίπου ισοδύναμη με το ύψος τους: μια ράβδος 10 m θα προστατεύσει μια περιοχή με ακτίνα 10 m. Αυτό σημαίνει ότι η αξιόπιστη προστασία μεγάλων περιοχών υποδομής απαιτεί πολλαπλές ή μη εφικτά ψηλές ράβδους.

Ως εναλλακτική λύση, οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι οι έντονοι παλμοί λέιζερ θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την καθοδήγηση των κεραυνών. Η ιδέα, η οποία προηγουμένως είχε διερευνηθεί μόνο σε εργαστηριακές συνθήκες, είναι ότι η δέσμη λέιζερ θα λειτουργούσε ως μια μεγάλη κινητή ράβδος.

Η βασική θεωρία πίσω από ένα αλεξικέραυνο που βασίζεται σε λέιζερ είναι ότι οι έντονοι και σύντομοι παλμοί λέιζερ εκτοξεύονται στον αέρα, όπου γίνονται αρκετά έντονοι για να ιονίσουν τα μόρια του αέρα. Κατά μήκος αυτών των μακρόστενων καναλιών ιοντιστικών παλμών λέιζερ, τα μόρια του αέρα θερμαίνονται γρήγορα και αποβάλλονται με υπερηχητικές ταχύτητες. Αυτό αφήνει πίσω μακρόβια κανάλια αέρα με μειωμένη πυκνότητα που είναι πιο ηλεκτρικά αγώγιμα από τις γύρω περιοχές, προσφέροντας μια ευκολότερη διαδρομή για τις ηλεκτρικές εκκενώσεις του κεραυνού να ταξιδεύουν κατά μήκος.

«Όταν παλμοί λέιζερ πολύ υψηλής ισχύος εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα, σχηματίζονται νήματα πολύ έντονου φωτός μέσα στη δέσμη», εξηγεί. Jean Pierre Wolf, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης. «Αυτά τα νημάτια ιονίζουν τα μόρια αζώτου και οξυγόνου στον αέρα, τα οποία στη συνέχεια απελευθερώνουν ηλεκτρόνια που είναι ελεύθερα να κινούνται. Αυτός ο ιονισμένος αέρας, που ονομάζεται πλάσμα, γίνεται ηλεκτρικός αγωγός».

Για να δοκιμάσουν αυτή την ιδέα, ο Wolf και μια ομάδα ερευνητών από την Ευρώπη και τις ΗΠΑ κατευθύνθηκαν σε ένα από τα hot spots της Ευρώπης: το βουνό Säntis στη βορειοανατολική Ελβετία. Στην κορυφή αυτού του βουνού των 2500 μέτρων βρίσκεται ένας πύργος τηλεπικοινωνιών ύψους 124 μέτρων που χτυπιέται από κεραυνό περίπου 100 φορές το χρόνο.

Η ομάδα εγκατέστησε ένα ειδικά αναπτυγμένο λέιζερ κοντά στον πύργο επικοινωνιών. Με μέγεθος μεγάλου αυτοκινήτου και βάρος άνω των τριών τόνων, το λέιζερ εξέπεμπε παλμούς διάρκειας picosecond και ενέργειας 500 mJ με ρυθμό περίπου χιλίων παλμών ανά δευτερόλεπτο. Μεταξύ Ιουλίου και Σεπτεμβρίου του 2021, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το λέιζερ κατά τη διάρκεια μιας συνολικής δραστηριότητας καταιγίδας 6.3 ωρών που σημειώθηκαν σε απόσταση 3 χιλιομέτρων από τον πύργο.

Θα μπορούσαν τα λέιζερ να καθοδηγήσουν και να ελέγξουν το μονοπάτι του κεραυνού;

Κατά τη διάρκεια της δίμηνης πειραματικής περιόδου, ο πύργος χτυπήθηκε από τουλάχιστον 16 κεραυνούς, τέσσερις από τις οποίες σημειώθηκαν κατά τη διάρκεια δραστηριότητας λέιζερ. Και οι τέσσερις από αυτές τις ανοδικές αστραπές εκτρέπονται από το λέιζερ. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μετρήσεις ρεύματος κεραυνού στον πύργο, κεραίες ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και αισθητήρες ακτίνων Χ για να καταγράψουν λεπτομέρειες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και εκρήξεων ακτίνων Χ που δημιουργούνται από τις εκκενώσεις κεραυνών για να επιβεβαιώσουν τη θέση των χτυπημάτων.

Η διαδρομή ενός από τα χτυπήματα καταγράφηκε επίσης από δύο κάμερες υψηλής ταχύτητας. Οι εικόνες δείχνουν ότι ο κεραυνός αρχικά ακολούθησε την πορεία του λέιζερ για περίπου 50 μέτρα.

«Από το πρώτο συμβάν κεραυνού χρησιμοποιώντας το λέιζερ, διαπιστώσαμε ότι η εκκένωση μπορούσε να ακολουθήσει τη δέσμη για σχεδόν 60 μέτρα πριν φτάσει στον πύργο, που σημαίνει ότι αύξησε την ακτίνα της επιφάνειας προστασίας από 120 μέτρα σε 180 μέτρα», λέει ο Wolf.

Οι ερευνητές αναφέρουν τα αποτελέσματά τους στο Nature Photonics.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/