Zapisz się do biuletynu naukowego teorii cudów CNN. Odkrywaj wszechświat dzięki wiadomościom o ekscytujących odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.
CNN
—
Naukowcom udało się stworzyć wirtualny piorunochron z dużym, potężnym laserem na szczycie góry w Szwajcarii, który z powodzeniem usuwał uderzenia pioruna z drogi.
Technologia odbijania błyskawic niewiele się zmieniła od czasu wynalezienia jej przez Bena Franklina piorunochron w 1752 r. Pręt Franklina lub spiczasty metalowy słup na szczycie budynków i innych konstrukcji narażonych na uderzenia pioruna zatrzymuje piorun i bezpiecznie kieruje uderzenia na ziemię.
Jednak strefa ochronna prętów Franklin jest zależna od ich wysokości – piorunochron o wysokości 10 metrów (32,8 stopy) ochroni obszar o promieniu 10 metrów.
Ponieważ wysokość piorunochronów nie jest nieskończona, duże rozpiętości, takie jak lotniska, wyrzutnie, elektrownie, farmy wiatrowe i elektrownie jądrowe, stanowią wyzwanie. Pioruny powodują do 24 000 zgonów rocznie i może spowodować przerwy w dostawie prądu, pożary lasów i zniszczenie infrastruktury, zgodnie z art badanie, które szczegółowo opisuje wyniki opublikowane w poniedziałek w czasopiśmie Naturalna fotonika.
Naukowcy postanowili sprawdzić, czy wiązka laserowa skierowana w niebo może działać jak jeden duży wirtualny i przenośny piorunochron. Wcześniejsze badania potwierdziły pogląd, że impulsy laserowe mogą wpływać na trajektorię uderzenia pioruna, ale ta praca została wykonana tylko w laboratorium.
Laser wielkości dużego samochodu został zainstalowany w pobliżu wieży telekomunikacyjnej na szczycie góry Säntis w północno-wschodniej Szwajcarii. Piorun uderza w wieżę około 100 razy w roku.
Naukowcy aktywowali laser latem 2021 roku od czerwca do września przez ponad sześć godzin podczas burz. Laserowy piorunochron, jak nazywają go członkowie europejskiego konsorcjum, które go opracowało, był w stanie skierować cztery uderzenia pioruna.
Szybkie kamery zarejestrowały uderzenia, a inne obserwacje przeprowadzono przy użyciu zarówno fal elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości wytwarzanych przez pioruny, jak i rozbłysków rentgenowskich związanych z uderzeniami.
„Kiedy impulsy laserowe o bardzo dużej mocy są emitowane do atmosfery, wewnątrz wiązki tworzą się włókna bardzo intensywnego światła” – powiedział współautor badania Jean-Pierre Wolf, profesor fizyki stosowanej na Uniwersytecie Genewskim.
„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.
Kanały naładowanych cząstek w laserze pomogły kierować uderzeniami piorunów wzdłuż wiązki laserowej. Laser był w stanie wystrzelić do 1000 impulsów na sekundę.
Laserowy piorunochron waży ponad 3 tony, ma 1,5 metra szerokości i 8 metrów długości.
Urządzenie zostało przetestowane na wysokości 2502 metrów (8208 stóp) na szczycie góry Säntis i zostało zaprojektowane przez TRUMPF Science Lasers w Monachium w Niemczech do pracy nawet w trudnych warunkach pogodowych, takich jak mgła, która często unosi się wokół szczytu góry.
„Główną trudnością było to, że była to kampania naturalnej wielkości. Musieliśmy przygotować środowisko, w którym moglibyśmy zamontować i chronić laser” – powiedział współautor badania, Pierre Walch, doktorant w Joint Research Unit Laboratoire d’Optique Appliquée. z Politechniki Paryskiej, W oświadczeniu École Polytechnique i ENSTA Paris, francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych.
Ilekroć podczas testu przewidywano aktywność burzową wokół góry, obszar ten był zamknięty dla ruchu lotniczego.
„Celem było sprawdzenie, czy istnieje różnica z laserem lub bez” – powiedział w oświadczeniu główny autor badania Aurélien Houard, badacz z Laboratoire d’Optique Appliquée. „Porównaliśmy dane zebrane, gdy włókno laserowe zostało wykonane nad wieżą i kiedy w wieżę w naturalny sposób uderzył piorun”.
Zespół badawczy pracował prawie rok nad analizą danych zebranych podczas eksperymentu.
„Od pierwszego wyładowania atmosferycznego, w którym użyto lasera, odkryliśmy, że wyładowanie może podążać za wiązką prawie 60 metrów (196 stóp) przed dotarciem do wieży, co oznacza, że zwiększyło promień powierzchni ochronnej ze 120 metrów (393 stóp) do 180 metrów (590 stóp).
Następnie zespół badawczy chce zwiększyć możliwości lasera poprzez rozszerzenie jego zasięgu i strefy ochronnej, mając nadzieję, że pewnego dnia będzie mógł być stosowany jako alternatywa dla tradycyjnego piorunochronu na dużych obszarach.