Piorun to jedno z najbardziej efektownych zjawisk atmosferycznych. Szacuje się, że to przecinające niebo wyładowanie o napięciu równym setki tysięcy amperów jest przyczyną nawet 24 tysięcy zgonów na świecie rocznie, a jedno uderzenie potrafi niszczyć budynki, linie energetyczne oraz całe hektary lasów i łąk.

Mimo niszczycielskiego potencjału piorunów, nasze sposoby ochrony przed nimi nie zmieniły się zbytnio od roku 1752, kiedy to Benjamin Franklin wynalazł piorunochron - aż do teraz. Na łamach czasopisma kilka dni temu "Nature Photonics" opublikowane zostało badanie, w którym do kontroli żywiołu wykorzystany został gigantyczny, wycelowany w niebo laser.

Testy na szczycie góry

Projekt Laser Lightning Rod (z jęz. angielskiego "laserowy piorunochron", LLR) to dzieło naukowców z Uniwersytetu Genewskiego, Politechniki w Paryżu oraz wielu innych instytucji naukowych i technicznych. Jego sercem jest potężna wiązka laserowa o mocy jednego kilowata. Konstrukcja została zamontowana na szczycie góry Säntis w Szwajcarii, na wysokości 2502 metrów nad poziomem morza.

Laser został wycelowany w niebo nad telekomunikacyjną wieżą nadawczą Swisscom. Ta konstrukcja, wyposażona w klasyczny piorunochron, jest jednym z najbardziej narażonych na uderzenia piorunów obiektów w Europie. W okresie od czerwca do września 2021 roku laser był aktywowany za każdym razem, gdy w regionie prognozowano aktywność burzową.

- Naszym celem było sprawdzenie, czy włączenie lasera cokolwiek zmienia - wyjaśnia Aurélien Houard z paryskiego Laboratoire d'Optique Appliquée, koordynator projektu. - Porównaliśmy dane z momentów, gdy laserowa wiązka była aktywna, z tymi zebranymi w momencie, gdy wieża była naturalnie uderzana przez pioruny.

Jak działa laserowy piorunochron?

Analiza danych wskazała, że LLR działał jak piorunochron, ściągając błyskawice. Wyładowania atmosferyczne podążały wzdłuż wiązki przez prawie 60 metrów, zanim uderzyły w wieżę. Co istotne, w przeciwieństwie do innych laserów, LLR działa nawet w trudnych warunkach pogodowych - takich jak często spotykana na szczycie Säntis mgła, która może zatrzymać wiązkę - ponieważ dosłownie przebija chmury. Ten wynik był wcześniej obserwowany tylko w laboratorium.

Jak tłumaczą autorzy badania, LLR prowadził pioruny wzdłuż laserowej wiązki, wykorzystując kanały zjonizowanego powietrza, będące bardzo dobrym przewodnikiem elektrycznym.

- Kiedy impulsy laserowe dużej mocy są emitowane do atmosfery, wewnątrz wiązki tworzą się promienie bardzo intensywnego światła - tłumaczy Jean-Pierre Wolf z Uniwersytetu Genewskiego. - Jonizują one obecne w powietrzu cząsteczki azotu i tlenu, które następnie uwalniają swobodne elektrony. To zjonizowane powietrze, zwane plazmą, staje się przewodnikiem elektrycznym - dodaje.

Laser kontra metal

Naukowcy podkreślają, że wykorzystanie laserów jako piorunochronów może mieć wiele zastosowań. Tradycyjny pręt chroni powierzchnię o promieniu mniej więcej równym jego wysokości - piorunochron o wysokości 10 m zabezpieczy teren o promieniu 10 m. Ponieważ jednak nie da się rozbudowywać masztów w nieskończoność, nie jest to optymalny system ochrony dużych obszarów takich, jak lotniska, farmy wiatrowe czy elektrownie jądrowe.

Taki problem nie występuje w przypadku wiązki laserowej, która przy odpowiednich warunkach atmosferycznych może rozciągać się właściwie bez końca. Naukowcy wskazują jednak kilka ograniczeń - korzystanie z LLR wymagało zamknięcia okolicznego obszaru dla ruchu lotniczego, by nie spowodować tragicznego wypadku, a zatem jego wykorzystanie na lotniskach będzie wymagało stworzenia szczegółowych procedur bezpieczeństwa.

Kolejnym krokiem badaczy będzie wydłużenie zasięgu laserowego piorunochronu. Długoterminowy cel obejmuje wykorzystanie LLR do wydłużenia 10-metrowej ochrony przed piorunami do imponującej wartości 500 metrów.