Raza laser deviază calea fulgerelor

Tragerea unui fascicul laser spre cer poate devia calea unui fulger, a descoperit o echipă internațională de oameni de știință. Cercetătorii spun că munca lor ar putea duce la o mai bună protecție împotriva trăsnetului pentru aeroporturi și alte infrastructuri critice, precum și la deschiderea drumului pentru noi aplicații atmosferice ale laserelor ultrascurte.

Datele satelitare sugerează că în întreaga lume există între 40 și 120 de fulgere – inclusiv fulgere de la nor la sol și din nor – în fiecare secundă. Astfel de descărcări electrostatice între nori și suprafața Pământului sunt responsabile pentru mii de morți și pagube în valoare de miliarde de dolari în fiecare an.

Cea mai comună protecție împotriva loviturilor de trăsnet este paratrăsnetul, cunoscut și sub numele de paratrăsnet. Acest catarg metalic conducător electric oferă un punct de lovire preferenţial pentru fulgere şi ghidează descărcarea electrică în siguranţă către sol.

Dar lansetele Franklin nu funcționează întotdeauna perfect și oferă o acoperire limitată. Zona pe care o protejează are o rază care este aproximativ echivalentă cu înălțimea lor: o tijă de 10 m va proteja o zonă cu o rază de 10 m. Aceasta înseamnă că protecția fiabilă a suprafețelor mari de infrastructură necesită tije multiple sau nerealizabil de înalte.

Ca alternativă, oamenii de știință au propus că impulsurile laser intense ar putea fi folosite pentru a ghida loviturile de fulger. Ideea, care a fost explorată anterior doar în condiții de laborator, este că fasciculul laser ar acționa ca o tijă mobilă mare.

Teoria de bază din spatele unui paratrăsnet bazat pe laser este că impulsurile laser intense și scurte sunt trase în aer, unde devin suficient de intense pentru a ioniza moleculele de aer. De-a lungul acestor canale lungi și înguste de impulsuri laser ionizante, moleculele de aer sunt încălzite rapid și expulzate la viteze supersonice. Acest lucru lasă în urmă canale de aer cu durată lungă de viață, cu densitate redusă, care sunt mai conductoare electric decât regiunile înconjurătoare, oferind o cale mai ușoară pentru descărcările electrice ale fulgerelor să circule de-a lungul.

„Când impulsuri laser de foarte mare putere sunt emise în atmosferă, în interiorul fasciculului se formează filamente de lumină foarte intensă”, explică. Jean Pierre Wolf, fizician la Universitatea din Geneva. „Aceste filamente ionizează moleculele de azot și oxigen din aer, care apoi eliberează electroni care sunt liberi să se miște. Acest aer ionizat, numit plasmă, devine un conductor electric.”

Pentru a testa această idee, Wolf și o echipă de cercetători din Europa și SUA s-au îndreptat către unul dintre punctele fierbinți ale fulgerului din Europa: muntele Säntis din nord-estul Elveției. Pe vârful acestui munte de 2500 m se află un turn de telecomunicații de 124 m înălțime care este lovit de fulgere de aproximativ 100 de ori pe an.

Echipa a instalat un laser special dezvoltat lângă turnul de comunicații. De dimensiunea unei mașini mari și cântărind mai mult de trei tone, laserul a emis impulsuri cu durata de picosecundă și energie de 500 mJ la o rată de aproximativ o mie de impulsuri pe secundă. În perioada iulie-septembrie 2021, cercetătorii au operat laserul pe parcursul unui total de 6.3 ore de activitate furtună care a avut loc pe o rază de 3 km de turn.

Ar putea laserele să ghideze și să controleze calea fulgerului?

Pe parcursul perioadei experimentale de două luni, turnul a fost lovit de cel puțin 16 fulgere, dintre care patru au avut loc în timpul activității laserului. Toate cele patru fulgere în sus au fost deviate de laser. Oamenii de știință au folosit măsurători ale curentului de fulger pe turn, antene de câmp electromagnetic și senzori de raze X pentru a capta detaliile undelor electromagnetice și exploziile de raze X generate de descărcările fulgerelor pentru a confirma locația loviturilor.

Calea uneia dintre lovituri a fost înregistrată și de două camere de mare viteză. Imaginile arată că fulgerul a urmat inițial calea laserului timp de aproximativ 50 m.

„De la primul fulger care a folosit laserul, am constatat că descărcarea putea urma fasciculul timp de aproape 60 m înainte de a ajunge la turn, ceea ce înseamnă că a mărit raza suprafeței de protecție de la 120 m la 180 m”, spune Wolf.

Cercetătorii își raportează rezultatele în Natura Photonics.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/