Naukowcy użyli lasera do sterowania piorunami. Pierwszy taki przypadek

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.

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.

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.

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.