Il raggio laser devia il percorso dei fulmini

Sparare un raggio laser nel cielo può deviare il percorso di un fulmine, ha scoperto un team internazionale di scienziati. I ricercatori affermano che il loro lavoro potrebbe portare a una migliore protezione dai fulmini per aeroporti e altre infrastrutture critiche, oltre a spianare la strada a nuove applicazioni atmosferiche di laser ultracorti.

I dati satellitari suggeriscono che in tutto il mondo ci sono tra i 40 e i 120 fulmini, compresi i fulmini da nuvola a terra e da nuvola, ogni secondo. Tali scariche elettrostatiche tra le nuvole e la superficie terrestre sono responsabili ogni anno di migliaia di morti e danni per miliardi di dollari.

La protezione più comune contro i fulmini è il parafulmine, noto anche come parafulmine. Questo palo in metallo elettricamente conduttivo offre un punto di impatto preferenziale per i fulmini e guida la scarica elettrica in modo sicuro a terra.

Ma le canne Franklin non sempre funzionano perfettamente e forniscono una copertura limitata. L'area che proteggono ha un raggio che è approssimativamente equivalente alla loro altezza: un'asta di 10 m proteggerà un'area con un raggio di 10 m. Ciò significa che una protezione affidabile di vaste aree di infrastruttura richiede aste multiple o eccessivamente alte.

In alternativa, gli scienziati hanno proposto di utilizzare intensi impulsi laser per guidare i fulmini. L'idea, che in precedenza era stata esplorata solo in condizioni di laboratorio, è che il raggio laser agisca come una grande asta mobile.

La teoria di base dietro un parafulmine basato su laser è che impulsi laser intensi e brevi vengono sparati nell'aria, dove diventano sufficientemente intensi da ionizzare le molecole d'aria. Lungo questi canali lunghi e stretti di impulsi laser ionizzanti, le molecole d'aria vengono rapidamente riscaldate ed espulse a velocità supersoniche. Ciò lascia dietro di sé canali d'aria di lunga durata con densità ridotta che sono più elettricamente conduttivi rispetto alle regioni circostanti, offrendo un percorso più facile per le scariche elettriche dei fulmini.

"Quando impulsi laser ad altissima potenza vengono emessi nell'atmosfera, all'interno del raggio si formano filamenti di luce molto intensa", spiega Jean-Pierre Lupo, fisico dell'Università di Ginevra. “Questi filamenti ionizzano le molecole di azoto e ossigeno nell'aria, che poi rilasciano elettroni liberi di muoversi. Questa aria ionizzata, chiamata plasma, diventa un conduttore elettrico.

Per testare questa idea, Wolf e un team di ricercatori provenienti da Europa e Stati Uniti si sono diretti verso uno dei punti caldi dei fulmini d'Europa: il monte Säntis nella Svizzera nord-orientale. In cima a questa montagna di 2500 m si trova una torre per le telecomunicazioni alta 124 m che viene colpita da un fulmine circa 100 volte l'anno.

Il team ha installato un laser appositamente sviluppato vicino alla torre delle comunicazioni. Con le dimensioni di un'auto di grandi dimensioni e un peso di oltre tre tonnellate, il laser emetteva impulsi della durata di picosecondi e un'energia di 500 mJ a una velocità di circa mille impulsi al secondo. Tra luglio e settembre del 2021 i ricercatori hanno utilizzato il laser durante un totale di 6.3 ore di attività temporalesca che si è verificata entro 3 km dalla torre.

I laser potrebbero guidare e controllare il percorso dei fulmini?

Nel periodo sperimentale di due mesi la torre è stata colpita da almeno 16 fulmini, quattro dei quali avvenuti durante l'attività del laser. Tutti e quattro questi fulmini verso l'alto sono stati deviati dal laser. Gli scienziati hanno utilizzato misurazioni della corrente di fulmine sulla torre, antenne di campo elettromagnetico e sensori a raggi X per catturare dettagli di onde elettromagnetiche e lampi di raggi X generati dalle scariche di fulmini per confermare la posizione degli scioperi.

Il percorso di uno degli scioperi è stato registrato anche da due telecamere ad alta velocità. Le immagini mostrano che il fulmine ha inizialmente seguito il percorso del laser per circa 50 m.

«Dal primo fulmine che utilizzava il laser, abbiamo scoperto che la scarica poteva seguire il raggio per quasi 60 m prima di raggiungere la torre, il che significa che aumentava il raggio della superficie di protezione da 120 m a 180 m», afferma Wolf.

I ricercatori riportano i loro risultati in Nature Photonics.

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/