Zapisz się do biuletynu naukowego CNN Wonder Theory. Odkrywaj wszechświat dzięki wiadomościom o fascynujących odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.

CNN
—

Naukowcom udało się stworzyć wirtualny piorunochron za pomocą dużego, potężnego lasera na szczycie góry w Szwajcarii, skutecznie zmieniając kierunek uderzenia pioruna.

Technologia odbijania piorunów niewiele się zmieniła od czasu, gdy Ben Franklin wynalazł piorunochron w 1752 roku. Pręt Franklina, czyli spiczasty metalowy maszt na szczycie budynków i innych konstrukcji narażonych na uderzenia pioruna, działa na zasadzie przechwytywania piorunów i bezpiecznego kierowania uderzeń do grunt.

Ale strefa ochronna prętów Franklina zależy od ich wysokości — piorunochron o wysokości 10 metrów (32,8 stopy) chroni obszar o promieniu 10 metrów.

Ponieważ wysokość piorunochronów nie jest nieskończona, duże zasięgi, takie jak lotniska, wyrzutnie, elektrownie, farmy wiatrowe i elektrownie jądrowe, stanowią wyzwanie. Błyskawica powoduje do 24 000 zgonów roku i może powodować przerwy w dostawie prądu, pożary lasów i uszkodzenia infrastruktury, zgodnie z art badanie szczegółowo opisujące wyniki opublikowane w poniedziałek w czasopiśmie Nature Photonics.

Naukowcy postanowili sprawdzić, czy wiązka laserowa skierowana w niebo może działać jak jeden wielki wirtualny i ruchomy piorunochron. Wcześniejsze badania potwierdziły pogląd, że impulsy laserowe mogą wpływać na trajektorię uderzeń pioruna, ale prace te prowadzono 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 przez ponad sześć godzin podczas burz między czerwcem a wrześniem. Laserowy piorunochron, jak nazywają go członkowie europejskiego konsorcjum, które go opracowało, był w stanie odwrócić cztery uderzenia pioruna.

Szybkie kamery zarejestrowały uderzenia, a inne obserwacje wykonano przy użyciu fal elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości wytwarzanych przez pioruny, a także 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 w oświadczeniu współautor badania Jean-Pierre Wolf, profesor fizyki stosowanej na Uniwersytecie Genewskim.

„Włókna te 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 lasera z naładowanymi cząstkami 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 firmę TRUMPF z 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 zainstalować i chronić laser” – powiedział współautor badania, Pierre Walch, doktorant w Laboratoire d’Optique Appliquée, wspólnej jednostce badawczej z Institut Polytechnique de Paris, francuskie Narodowe Centrum Badań Naukowych, École Polytechnique i ENSTA Paris, w oświadczeniu.

Za każdym razem, gdy podczas eksperymentu prognozowano aktywność burzową wokół góry, obszar ten był zamykany dla ruchu lotniczego.

„Celem było sprawdzenie, czy istnieje różnica z laserem lub bez” – powiedział w oświadczeniu główny autor badania Aurélien Houard, naukowiec z Laboratoire d’Optique Appliquée. „Porównaliśmy dane zebrane, gdy włókno laserowe zostało wyprodukowane nad wieżą i kiedy w wieżę w naturalny sposób uderzył piorun”.

Zespół badawczy pracował prawie rok nad analizą danych zebranych podczas eksperymentu.

„Od pierwszego uderzenia pioruna za pomocą lasera stwierdziliśmy, że wyładowanie może podążać za wiązką przez prawie 60 metrów (196 stóp), zanim dotrze do wieży”, powiedział Wolf, „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 w nadziei, że pewnego dnia może on zostać użyty jako tradycyjna alternatywa piorunochronu na dużych obszarach.