Laserstrålen avleder banen til lynnedslag

Å skyte en laserstråle mot himmelen kan avlede banen til et lynnedslag, har et internasjonalt team av forskere funnet ut. Forskerne sier at arbeidet deres kan føre til bedre lynbeskyttelse for flyplasser og annen kritisk infrastruktur, samt bane vei for nye atmosfæriske anvendelser av ultrakorte lasere.

Satellittdata tyder på at det over hele verden er mellom 40 og 120 lyn – inkludert sky-til-bakke og skylyn – hvert sekund. Slike elektrostatiske utladninger mellom skyer og jordoverflaten er ansvarlig for tusenvis av dødsfall og skader for milliarder av dollar hvert år.

Den vanligste beskyttelsen mot lynnedslag er lynavlederen, også kjent som en Franklin-stang. Denne elektrisk ledende metallmasten tilbyr et fortrinnsvis slagpunkt for lyn og leder den elektriske utladningen trygt til bakken.

Men Franklin stenger fungerer ikke alltid perfekt og gir begrenset dekning. Området de beskytter har en radius som tilsvarer omtrent høyden deres: en stang på 10 m vil beskytte et område med en radius på 10 m. Dette betyr at pålitelig beskyttelse av store områder med infrastruktur krever flere eller ugjennomførbart høye stenger.

Som et alternativ har forskere foreslått at intense laserpulser kan brukes til å lede lynnedslag. Tanken, som tidligere kun har blitt utforsket i laboratorieforhold, er at laserstrålen skulle fungere som en stor bevegelig stang.

Den grunnleggende teorien bak en laserbasert lynavleder er at intense og korte laserpulser skytes opp i luften, hvor de blir tilstrekkelig intense til å ionisere luftmolekyler. Langs disse lange smale kanalene med ioniserende laserpulser blir luftmolekyler raskt oppvarmet og utstøtt med supersoniske hastigheter. Dette etterlater langlivede luftkanaler med redusert tetthet som er mer elektrisk ledende enn omkringliggende områder, og tilbyr en enklere vei for elektriske utladninger av lyn å reise langs.

"Når laserpulser med svært høy effekt sendes ut i atmosfæren, dannes filamenter av veldig intenst lys inne i strålen," forklarer Jean-Pierre Wolf, fysiker ved universitetet i Genève. "Disse filamentene ioniserer nitrogen- og oksygenmolekylene i luften, som deretter frigjør elektroner som er fri til å bevege seg. Denne ioniserte luften, kalt plasma, blir en elektrisk leder."

For å teste denne ideen dro Wolf og et team av forskere fra Europa og USA til et av Europas lyn-hotspots: Säntis-fjellet i det nordøstlige Sveits. På toppen av dette 2500 m høye fjellet ligger et 124 m høyt telekommunikasjonstårn som blir truffet av lynet rundt 100 ganger i året.

Teamet installerte en spesialutviklet laser nær kommunikasjonstårnet. På størrelse med en stor bil og veier mer enn tre tonn, sendte laseren ut pulser av picosekunders varighet og 500 mJ energi med en hastighet på rundt tusen pulser per sekund. Mellom juli og september i 2021 opererte forskerne laseren under totalt 6.3 timer med tordenvær som fant sted innenfor 3 km fra tårnet.

Kan lasere lede og kontrollere lynets vei?

I løpet av den to måneder lange eksperimentelle perioden ble tårnet truffet av minst 16 lynglimt, hvorav fire skjedde under laseraktivitet. Alle fire av disse oppadgående lynnedslagene ble avledet av laseren. Forskerne brukte lynstrømmålinger på tårnet, elektromagnetiske feltantenner og røntgensensorer for å fange opp detaljer om elektromagnetiske bølger og røntgenutbrudd generert av lynutladningene for å bekrefte plasseringen av angrepene.

Banen til en av angrepene ble også registrert av to høyhastighetskameraer. Bildene viser at lynnedslaget i utgangspunktet fulgte laserbanen i rundt 50 meter.

"Fra det første lynet med laseren fant vi ut at utladningen kunne følge strålen i nesten 60 m før den nådde tårnet, noe som betyr at den økte radiusen til beskyttelsesflaten fra 120 m til 180 m," sier Wolf.

Forskerne rapporterer resultatene sine i Nature Photonics.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/