Naukowcy po raz pierwszy kierują piorunami za pomocą laserów
Wprowadzenie
Uderzenia piorunów to potężna i niebezpieczna siła natury. Mogą powodować uszkodzenia budynków, zakłócać działanie infrastruktury, a nawet zagrażać życiu ludzkiemu. Odgromniki, wynalezione przez Benjamina Franklina w XVIII wieku, są używane do ochrony przed uderzeniami piorunów poprzez przyciąganie wyładowań i kierowanie ich do ziemi. Jednak odgromniki zapewniają jedynie ograniczoną ochronę i nie są skuteczne w przypadku dużej infrastruktury, takiej jak lotniska i platformy startowe.
Lasery: Nowy sposób na ochronę przed piorunami
Naukowcy badają wykorzystanie laserów do kierowania piorunami od lat 60. XX wieku. Lasery to wiązki silnie skoncentrowanego światła, które można wykorzystać do ogrzewania i jonizacji powietrza. Tworzy to ścieżkę powietrza o niższej gęstości, która przewodzi prąd i może kanalizować pioruny.
W przełomowym odkryciu naukowcy po raz pierwszy z powodzeniem pokierowali piorunami za pomocą laserów. Eksperyment przeprowadzono na górze Säntis w północno-wschodniej Szwajcarii, gdzie laser był szybko wystrzeliwany w niebo. Laser pokierował piorunem na odległość około 50 metrów, dostarczając dowodu słuszności koncepcji wykorzystania laserów do ochrony dużej infrastruktury przed uderzeniami piorunów.
Jak lasery kierują piorunami
Lasery kierują piorunami, tworząc ścieżkę powietrza o niższej gęstości, która przewodzi prąd. Gdy wiązka lasera jest wystrzeliwana w niebo, ogrzewa i jonizuje otaczające cząsteczki powietrza. Tworzy to kanał plazmy, która jest gazem przewodzącym prąd. Piorun jest następnie przyciągany do kanału plazmy i podąża za nim do ziemi.
Zalety laserów w porównaniu z odgromnikami
Lasery oferują kilka zalet w porównaniu z tradycyjnymi odgromnikami. Po pierwsze, lasery można wykorzystać do ochrony znacznie większego obszaru niż odgromniki. Pojedyncza wiązka lasera może sięgać znacznie wyżej niż fizyczny pręt, co oznacza, że może chronić większy obszar na ziemi. Po drugie, lasery można włączać i wyłączać w dowolnym momencie, co pozwala na ich użycie tylko wtedy, gdy jest to potrzebne. Nie jest to możliwe w przypadku odgromników, które są zawsze aktywne.
Wyzwania i przyszłe kierunki
Chociaż udane kierowanie piorunami za pomocą laserów jest znaczącym przełomem, nadal istnieje kilka wyzwań, które należy rozwiązać, zanim lasery będą mogły być wykorzystywane do praktycznych zastosowań. Jednym z wyzwań jest to, że lasery muszą być w stanie kierować piorunami na większe odległości. Większość kanałów piorunowych ma długość kilometrów, ale obecny system laserowy może kierować piorunami tylko na odległość około 50 metrów. Kolejnym wyzwaniem jest koszt systemu laserowego. Laser użyty w eksperymencie kosztował ponad 2 miliardy dolarów i oczekuje się, że nie zostanie skomercjalizowany przez co najmniej dekadę.
Pomimo tych wyzwań udane kierowanie piorunami za pomocą laserów jest obiecującym osiągnięciem. Lasery mają potencjał, aby zapewnić nowy i skuteczniejszy sposób ochrony przed uderzeniami piorunów i pewnego dnia mogłyby być wykorzystywane do ochrony dużej infrastruktury, takiej jak lotniska i platformy startowe.
Dodatkowe informacje
- Uderzenia piorunów mogą powodować szkody o wartości miliardów dolarów każdego roku.
- W latach 2006-2021 w Stanach Zjednoczonych w wyniku uderzeń piorunów zginęło prawie 450 osób.
- Poprzednie eksperymenty z wykorzystaniem laserów do kierowania piorunami nie powiodły się, ale w niedawnym eksperymencie zastosowano wyższą częstotliwość impulsów, co było kluczem do sukcesu.
- Laser użyty w eksperymencie był wystrzeliwany z częstotliwością około 1000 razy na sekundę.
- Laser pokierował piorunem do pręta na szwajcarskiej wieży telekomunikacyjnej, w którą uderza piorun około 100 razy każdego roku.
- Naukowcy uważają, że lasery mogłyby ostatecznie zostać wykorzystane do ochrony dużej infrastruktury przed uderzeniami piorunów, ale potrzebne są dalsze badania.