Feixe de laser desvia o caminho dos raios

Disparar um feixe de laser para o céu pode desviar o caminho de um raio, descobriu uma equipe internacional de cientistas. Os pesquisadores dizem que seu trabalho pode levar a uma melhor proteção contra raios em aeroportos e outras infraestruturas críticas, além de abrir caminho para novas aplicações atmosféricas de lasers ultracurtos.

Dados de satélite sugerem que, em todo o mundo, ocorrem entre 40 e 120 relâmpagos – incluindo raios nuvem-solo e nuvens – a cada segundo. Essas descargas eletrostáticas entre as nuvens e a superfície da Terra são responsáveis ​​por milhares de mortes e prejuízos no valor de bilhões de dólares todos os anos.

A proteção mais comum contra raios é o pára-raios, também conhecido como haste Franklin. Este mastro de metal eletricamente condutor oferece um ponto de ataque preferencial para descargas atmosféricas e direciona a descarga elétrica com segurança para o solo.

Mas as hastes Franklin nem sempre funcionam perfeitamente e fornecem cobertura limitada. A área que eles protegem tem um raio aproximadamente equivalente à sua altura: uma haste de 10 m protege uma área de 10 m de raio. Isso significa que a proteção confiável de grandes áreas de infraestrutura requer hastes múltiplas ou inviáveis.

Como alternativa, os cientistas propuseram que pulsos de laser intensos poderiam ser usados ​​para guiar relâmpagos. A ideia, até então explorada apenas em condições de laboratório, é que o feixe de laser atuaria como uma grande haste móvel.

A teoria básica por trás de um para-raios baseado em laser é que pulsos de laser intensos e curtos são disparados no ar, onde se tornam suficientemente intensos para ionizar as moléculas de ar. Ao longo desses canais longos e estreitos de pulsos de laser ionizantes, as moléculas de ar são rapidamente aquecidas e expelidas em velocidades supersônicas. Isso deixa para trás canais de ar de longa duração com densidade reduzida que são mais eletricamente condutivos do que as regiões vizinhas, oferecendo um caminho mais fácil para as descargas elétricas do raio viajarem.

“Quando pulsos de laser de altíssima potência são emitidos para a atmosfera, filamentos de luz muito intensa se formam dentro do feixe”, explica Jean Pierre Wolf, um físico da Universidade de Genebra. “Esses filamentos ionizam as moléculas de nitrogênio e oxigênio do ar, que então liberam elétrons livres para se mover. Esse ar ionizado, chamado plasma, torna-se um condutor elétrico.”

Para testar essa ideia, Wolf e uma equipe de pesquisadores da Europa e dos Estados Unidos se dirigiram a um dos pontos mais críticos da Europa: a montanha Säntis, no nordeste da Suíça. No topo desta montanha de 2500 m está uma torre de telecomunicações de 124 m de altura que é atingida por raios cerca de 100 vezes por ano.

A equipe instalou um laser especialmente desenvolvido perto da torre de comunicações. Do tamanho de um carro grande e pesando mais de três toneladas, o laser emitia pulsos com duração de picossegundos e energia de 500 mJ a uma taxa de cerca de mil pulsos por segundo. Entre julho e setembro de 2021, os pesquisadores operaram o laser durante um total de 6.3 h de atividade de tempestade ocorrendo a 3 km da torre.

Os lasers poderiam guiar e controlar o caminho do raio?

Durante o período experimental de dois meses, a torre foi atingida por pelo menos 16 relâmpagos, quatro dos quais ocorreram durante a atividade do laser. Todos os quatro relâmpagos ascendentes foram desviados pelo laser. Os cientistas usaram medições de corrente de raios na torre, antenas de campo eletromagnético e sensores de raios-X para capturar detalhes de ondas eletromagnéticas e rajadas de raios-X geradas pelas descargas de raios para confirmar a localização dos ataques.

O trajeto de um dos golpes também foi registrado por duas câmeras de alta velocidade. As imagens mostram que o raio inicialmente seguiu o caminho do laser por cerca de 50 m.

“Desde o primeiro raio usando o laser, descobrimos que a descarga poderia seguir o feixe por cerca de 60 m antes de atingir a torre, o que significa que aumentou o raio da superfície de proteção de 120 m para 180 m”, diz Wolf.

Os pesquisadores relatam seus resultados em Nature Photonics.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/