Eksperymenty przeprowadzone w warunkach naturalnych wykazały, że wiązki laserowe można wykorzystać do kontrolowania trajektorii wyładowań atmosferycznych. Z prac wynika, że wiązki laserowe mogą być wykorzystywane jako piorunochrony do ochrony wrażliwej infrastruktury, takiej jak lotniska czy wyrzutnie rakiet. Jednak technologię trzeba udoskonalić.
Stelios Tsortzakis, fizyk z Uniwersytetu Krety, który nie brał udziału w badaniach, powiedział, że osiągnięcie jest tym bardziej imponujące, że społeczność naukowa pracuje nad rozwiązaniem od 20 lat. „Czas pokaże, czy ta technologia jest użyteczna” – powiedział.
Opis badania i wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Photonics (DOI: 10.1038/s41566-022-01139-z).
Dorosły
Powszechnie stosowane są metalowe piorunochrony. Odbijają uderzenia pioruna i bezpiecznie rozpraszają energię. Jednak rozmiar kolumny jest ograniczony. Ogranicza również obszar chroniony.
Fizycy zaczęli się wtedy zastanawiać, czy lasery mogą zapewnić lepszą ochronę, ponieważ mogą latać wyżej na niebie niż struktury fizyczne. Ponadto mogą celować w dowolny obszar nieba. Jednak pomimo sukcesu demonstracji laboratoryjnych, naukowcy nigdy nie odnieśli sukcesu w tej dziedzinie.
Aby to zmienić, zespół około 25 naukowców uruchomił projekt Laser Lightning Rod, w ramach którego testowany jest specjalnie zaprojektowany laser dużej mocy o wartości prawie 2 milionów euro. Alpy Szwajcarskie. Naukowcy umieścili urządzenie w pobliżu wieży telekomunikacyjnej na górze Santis, w którą uderzył piorun. „To jeden z tych projektów, na który wszyscy czekali” – mówi Valentina Shumakova, fizyk laserowy z Uniwersytetu Wiedeńskiego.
Złapać piorun
Wystarczająco silna wiązka lasera może stworzyć ścieżkę elektryczną dla błyskawicy, na przykład metalowego drutu. Fizycy uważają, że odbywa się to poprzez zmianę właściwości szybko ocieplającego się powietrza. Zmniejsza to gęstość i tworzy idealną ścieżkę dla błyskawicy. „To jak wybijanie dziury w powietrzu za pomocą lasera” – powiedział Aurelien Huard, fizyk z Laboratorium Optyki Stosowanej w Paryżu, który kierował projektem.
Eksperyment w Säntis nie miał na celu odsunięcia pioruna od wieży, ale wykazanie, że lasery mogą rzutować ścieżkę przez piorunochron konstrukcji. Howard uważa, że w przyszłości ta sama wiązka może skierować piorun z dala od wrażliwych aktywów.
Kontrolowany błysk
W ciągu 10-tygodniowego okresu obserwacji zespół zobaczył cztery lasery po burzy w odstępie około sześciu godzin. Szybka kamera precyzyjnie wyświetla ujęcia w linii prostej wiązki lasera, bez rozgałęzień.
„W przypadku 100% trafień laserami zmierzyliśmy wpływ laserów” — mówi Huard. Ale Tzortzakis pokazał, że laser można aktywować przez wiele godzin bez konieczności kontrolowania go pięścią. Byłaby to lepsza strategia ochrony podczas kontrolowania wyładowań atmosferycznych, a nie zmuszania chmury burzowej do uwolnienia się.
Wysiłki naukowców opierają się na wcześniejszych eksperymentach z wykorzystaniem laserów o niższej energii. Poważnym ograniczeniem jest jednak specjalne wyposażenie. „Zminimalizowanie systemu i uczynienie go bardziej sensownym i praktycznym zajmie trochę czasu” — mówi Howard.