Lasersäde muuttaa salaman iskujen polun

Lasersäteen laukaiseminen taivaalle voi muuttaa salaman iskun polun, kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut. Tutkijat sanovat, että heidän työnsä voisi johtaa parempaan salamasuojaukseen lentokentillä ja muissa kriittisissä infrastruktuureissa sekä tasoittaa tietä uusille ultralyhyiden lasereiden ilmakehän sovelluksille.

Satelliittitiedot viittaavat siihen, että eri puolilla maailmaa välähtää 40–120 salamaa – mukaan lukien pilvestä maahan ja pilvisalamat – joka sekunti. Tällaiset sähköstaattiset purkaukset pilvien ja maan pinnan välillä ovat vastuussa tuhansista kuolemantapauksista ja miljardien dollarien vahingoista joka vuosi.

Yleisin suoja salamaniskua vastaan ​​on salamanvarsi, joka tunnetaan myös nimellä Franklin-sauva. Tämä sähköä johtava metallimasto tarjoaa ensisijaisen iskupisteen salamalle ja ohjaa sähköpurkauksen turvallisesti maahan.

Mutta Franklin-vavat eivät aina toimi täydellisesti ja tarjoavat rajoitetun peiton. Heidän suojaamansa alueen säde on suunnilleen sama kuin heidän korkeutensa: 10 metrin sauva suojaa aluetta, jonka säde on 10 metriä. Tämä tarkoittaa, että suurten infrastruktuurialueiden luotettava suojaaminen vaatii useita tai mahdottoman korkeita tankoja.

Vaihtoehtona tutkijat ovat ehdottaneet, että voimakkaita laserpulsseja voitaisiin käyttää ohjaamaan salamaniskuja. Aiemmin vain laboratorio-olosuhteissa tutkittu ajatus on, että lasersäde toimisi suurena liikkuvana sauvana.

Laserpohjaisen salamanvarren perusteoria on, että voimakkaita ja lyhyitä laserpulsseja ammutaan ilmaan, jossa niistä tulee riittävän voimakkaita ionisoimaan ilmamolekyylejä. Näitä pitkiä kapeita ionisoivien laserpulssien kanavia pitkin ilmamolekyylejä kuumennetaan ja ne poistuvat nopeasti yliäänenopeuksilla. Tämä jättää jälkeensä pitkäikäisiä ilmakanavia, joiden tiheys on pienempi ja jotka johtavat sähköä paremmin kuin ympäröivät alueet, mikä tarjoaa helpomman polun salaman sähköpurkauksille kulkea pitkin.

"Kun erittäin suuritehoisia laserpulsseja lähetetään ilmakehään, säteen sisään muodostuu erittäin voimakkaita valokuituja", selittää. Jean-Pierre Wolf, fyysikko Geneven yliopistosta. "Nämä filamentit ionisoivat ilmassa olevat typpi- ja happimolekyylit, jotka sitten vapauttavat vapaasti liikkuvia elektroneja. Tästä ionisoidusta ilmasta, jota kutsutaan plasmaksi, tulee sähköjohdin."

Testaakseen tätä ideaa Wolf ja joukko tutkijoita Euroopasta ja Yhdysvalloista suuntasivat yhteen Euroopan salaman pisteistä: Säntis-vuorelle Koillis-Sveitsissä. Tämän 2500 metrin vuoren huipulla on 124 metriä korkea tietoliikennetorni, johon salama iskee noin 100 kertaa vuodessa.

Ryhmä asensi erityisesti kehitetyn laserin viestintätornin lähelle. Suuren auton kokoinen ja yli kolme tonnia painava laser lähetti pikosekuntia kestäviä pulsseja ja 500 mJ energiaa nopeudella noin tuhat pulssia sekunnissa. Heinä-syyskuussa 2021 tutkijat käyttivät laseria yhteensä 6.3 tunnin ajan ukkosmyrskyn aikana, joka tapahtui 3 kilometrin säteellä tornista.

Voivatko laserit ohjata ja hallita salaman polkua?

Kahden kuukauden koejakson aikana torniin osui vähintään 16 salaman välähdystä, joista neljä tapahtui lasertoiminnan aikana. Laser ohjasi kaikki nämä neljä ylöspäin suuntautuvaa salamaniskua. Tutkijat käyttivät tornin salamavirran mittauksia, sähkömagneettisen kentän antenneja ja röntgenantureita vangitakseen yksityiskohtia salamapurkausten synnyttämästä sähkömagneettisesta aallosta ja röntgenpurkauksista vahvistaakseen iskun sijainnin.

Yhden iskun reitin tallensi myös kaksi nopeaa kameraa. Kuvista näkyy, että salamanisku seurasi aluksi laserin polkua noin 50 metriä.

"Ensimmäisestä salamatapahtumasta lähtien laserilla havaitsimme, että purkaus saattoi seurata sädettä lähes 60 m ennen kuin saavutti tornin, mikä tarkoittaa, että suojapinnan säde kasvoi 120 metristä 180 metriin", Wolf kertoo.

Tutkijat raportoivat tuloksistaan Luonto Fotoniikka.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/