Wiązka laserowa zmienia kierunek uderzenia pioruna

Międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że wystrzelenie wiązki laserowej w niebo może zmienić kierunek uderzenia pioruna. Naukowcy twierdzą, że ich praca może doprowadzić do lepszej ochrony odgromowej lotnisk i innych krytycznych infrastruktur, a także utorować drogę nowym zastosowaniom atmosferycznym ultrakrótkich laserów.

Dane satelitarne wskazują, że na całym świecie w każdej sekundzie występuje od 40 do 120 wyładowań atmosferycznych – w tym błyskawice z chmury do ziemi i chmury. Takie wyładowania elektrostatyczne między chmurami a powierzchnią Ziemi są każdego roku odpowiedzialne za tysiące zgonów i szkody warte miliardy dolarów.

Najczęstszą ochroną przed uderzeniem pioruna jest piorunochron, znany również jako pręt Franklina. Ten elektrycznie przewodzący metalowy maszt oferuje preferencyjny punkt uderzenia pioruna i bezpiecznie kieruje wyładowanie elektryczne do ziemi.

Ale wędki Franklin nie zawsze działają idealnie i zapewniają ograniczone pokrycie. Obszar, który chronią, ma promień mniej więcej równy ich wysokości: pręt o długości 10 m chroni obszar o promieniu 10 m. Oznacza to, że niezawodna ochrona dużych obszarów infrastruktury wymaga wielu lub nieosiągalnie wysokich prętów.

Jako alternatywę naukowcy zaproponowali wykorzystanie intensywnych impulsów laserowych do kierowania uderzeniami piorunów. Pomysł, który wcześniej był badany tylko w warunkach laboratoryjnych, polega na tym, że wiązka laserowa działałaby jak duży ruchomy pręt.

Podstawowa teoria stojąca za laserowym piorunochronem polega na tym, że intensywne i krótkie impulsy laserowe są wystrzeliwane w powietrze, gdzie stają się wystarczająco intensywne, aby zjonizować cząsteczki powietrza. Wzdłuż tych długich, wąskich kanałów jonizujących impulsów laserowych cząsteczki powietrza są szybko podgrzewane i wyrzucane z prędkością ponaddźwiękową. Pozostawia to długowieczne kanały powietrzne o zmniejszonej gęstości, które są bardziej przewodzące elektrycznie niż otaczające obszary, oferując łatwiejszą ścieżkę dla wyładowań elektrycznych piorunów.

„Kiedy impulsy laserowe o bardzo dużej mocy są emitowane do atmosfery, wewnątrz wiązki tworzą się włókna bardzo intensywnego światła”, wyjaśnia Jean-Pierre'a Wilka, fizyk z Uniwersytetu Genewskiego. „Te włókna jonizują cząsteczki azotu i tlenu w powietrzu, które następnie uwalniają elektrony, które mogą się swobodnie poruszać. To zjonizowane powietrze, zwane plazmą, staje się przewodnikiem elektrycznym”.

Aby przetestować ten pomysł, Wolf i zespół naukowców z Europy i USA udali się do jednego z europejskich punktów zapalnych: góry Säntis w północno-wschodniej Szwajcarii. Na szczycie tej 2500-metrowej góry znajduje się 124-metrowa wieża telekomunikacyjna, w którą około 100 razy w roku uderza piorun.

Zespół zainstalował specjalnie opracowany laser w pobliżu wieży komunikacyjnej. Wielkości dużego samochodu i ważący ponad trzy tony laser emitował impulsy o czasie trwania pikosekund i energii 500 mJ z szybkością około tysiąca impulsów na sekundę. Między lipcem a wrześniem 2021 roku naukowcy obsługiwali laser łącznie przez 6.3 godziny podczas burzy, która miała miejsce w promieniu 3 km od wieży.

Czy lasery mogą kierować i kontrolować ścieżkę błyskawicy?

W ciągu dwumiesięcznego okresu eksperymentalnego w wieżę uderzyło co najmniej 16 błysków, z których cztery wystąpiły podczas aktywności lasera. Wszystkie cztery skierowane w górę uderzenia pioruna zostały przekierowane przez laser. Naukowcy wykorzystali pomiary prądu pioruna na wieży, anteny pola elektromagnetycznego i czujniki rentgenowskie, aby uchwycić szczegóły fal elektromagnetycznych i rozbłysków rentgenowskich generowanych przez wyładowania atmosferyczne, aby potwierdzić lokalizację uderzeń.

Tor jednego z uderzeń zarejestrowały również dwie szybkie kamery. Obrazy pokazują, że uderzenie pioruna początkowo podążało ścieżką lasera przez około 50 m.

„Od pierwszego uderzenia pioruna za pomocą lasera odkryliśmy, że wyładowanie może podążać za wiązką przez prawie 60 m, zanim dotrze do wieży, co oznacza, że ​​zwiększyło promień powierzchni ochronnej ze 120 m do 180 m”, mówi Wolf.

Naukowcy opisują swoje wyniki w Nature Photonics.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/