Naukowcy po raz pierwszy kontrolują pioruny za pomocą laserów | Fizyka

Podczas demonstracji na szczycie szwajcarskiej góry podczas silnych burz naukowcy po raz pierwszy kierowali piorunami za pomocą laserów na zewnątrz.

Ubiegłoroczne osiągnięcie, które polegało na wystrzeliwaniu potężnych impulsów laserowych w chmury burzowe przez kilka miesięcy, toruje drogę laserowym systemom ochrony odgromowej na lotniskach, platformach startowych i wysokich budynkach.

„Metalowe pręty są używane prawie wszędzie do ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi, ale obszar, który mogą chronić, jest ograniczony do kilku lub kilkudziesięciu metrów” – powiedział Aurélien Houard, fizyk z École Polytechnique w Palaiseau. „Naturą jest rozszerzenie tej ochrony do kilkuset metrów, jeśli mamy wystarczającą ilość energii w laserze”.

Błyskawice to duże wyładowania elektryczne, które zwykle wytwarzają iskry w odległości dwóch do trzech mil. Ładunek przenoszony w pocisku jest tak intensywny, że osiąga temperaturę 30 000 stopni, czyli około pięć razy więcej niż temperatura powierzchni Słońca. Każdego roku w Ziemię uderza ponad miliard piorunów, powodując tysiące zgonów10 razy więcej obrażeń i szkód w dziesiątkach miliardów dolarów.

Tradycyjne piorunochrony sięgają czasów Benjamina Franklina, który ścigał swój grzmot na koniu. słynny eksperyment z latawcem w 1752 roku. Ale ostatnio naukowcy szukali innych sposobów ochrony budynków i obiektów przed niszczącymi uderzeniami.

Pisanie w dzienniku Naturalna fotonikaHouard i współpracownicy ze Szwajcarii opisują, jak podnieśli potężny laser na szczyt góry Säntis w północno-wschodniej Szwajcarii i zaparkowali go w pobliżu 124-metrowej wieży telekomunikacyjnej, w którą uderza piorun około 100 razy w roku.

Naukowcy czekali na zebranie się burz i między lipcem a wrześniem ubiegłego roku wystrzeliwali szybkie impulsy laserowe w chmury burzowe przez łącznie ponad sześć godzin. Instrumenty przeznaczone do rejestrowania uderzeń piorunów wykazały, że laser zmienił przebieg czterech wyładowań atmosferycznych skierowanych w górę podczas eksperymentów.

Tylko jedno uderzenie, 21 lipca, miało miejsce w warunkach wystarczająco jasnych, aby naukowcy mogli sfilmować ścieżkę pioruna z dwóch kierunków za pomocą szybkich kamer oddalonych o kilka kilometrów. Nagranie pokazuje, że błyskawica podążała ścieżką lasera przez około 50 metrów, co sugeruje, że impulsy pomogły pokierować trafieniem.

Laser odbija pioruny, tworząc łatwiejszą ścieżkę dla wyładowania elektrycznego w dół. Kiedy impulsy laserowe są wystrzeliwane w niebo, współczynnik załamania światła powietrza powoduje ich kurczenie się i stają się tak intensywne, że jonizują otaczające je cząsteczki powietrza. Prowadzi to do powstania długiego łańcucha, który naukowcy nazywają włóknami na niebie, w którym cząsteczki powietrza szybko się nagrzewają i uciekają z prędkością ponaddźwiękową, pozostawiając kanał zjonizowanego powietrza o niskiej gęstości. Te kanały milisekundowe są bardziej przewodzące prąd elektryczny niż otaczające powietrze, a tym samym zapewniają łatwiejszą drogę dla wyładowań atmosferycznych.

Laser jest wystarczająco silny, aby zagrozić oczom pilotów nad głową, a ruch lotniczy nad poligonem testowym był zamknięty podczas testów. Jednak naukowcy uważają, że technologia może być nadal użyteczna, ponieważ platformy startowe i lotniska często mają wyznaczone obszary, na których obowiązuje zakaz lotów. „Ważne jest, aby wziąć pod uwagę ten aspekt bezpieczeństwa” – powiedział Houard.

Dodał, że mocniejsze lasery, które działają na różnych długościach fal, mogą kontrolować błyskawice na większe odległości, a nawet wyzwalać błyskawice, zanim staną się zagrożeniem. „Unikasz, że pójdzie gdzieś indziej, gdzie nie możesz tego kontrolować” – powiedział Houard.

“Koszt systemu laserowego jest bardzo wysoki w porównaniu z kosztem zwykłego pręta” – powiedział profesor Manu Haddad, dyrektor Morgan-Bott Lightning Laboratory Uniwersytetu w Cardiff. „Jednak lasery mogą być bardziej niezawodnym sposobem kierowania wyładowań atmosferycznych, co może być ważne dla ochrony odgromowej krytycznych urządzeń i obiektów naziemnych”.

Leave a Comment