Piorunochron na miarę naszych czasów. Laserem można zmienić bieg pioruna

Wynalazek stworzony przez Benjamina Franklina w latach 50. XVII w. wciąż jest niezastąpiony. Piorunochron, bo o nim mowa, ma potężnego sprzymierzeńca. Okazuje się bowiem, że miejsce uderzenia pioruna można zmienić przy użyciu… lasera.
Czy piorun można przekierować? Okazuje się, że tak i to za pomocą lasera /Fot. Pixabay

Czy piorun można przekierować? Okazuje się, że tak i to za pomocą lasera /Fot. Pixabay

Słynny eksperyment z latawcem Benjamina Franklina zdefiniował stan techniki na całe wieki. Ale wreszcie powstało coś lepszego do ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi. Dzięki laserowi o dużej mocy zainstalowanemu na szwajcarskim szczycie Säntis, zespołowi naukowców kierowanemu przez dr Auréliena Houarda udało się wpłynąć na trajektorię pioruna. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Photonics.

Czytaj też: Dlaczego pioruny strzelają zygzakiem? Zaskakująca teoria rozwiązuje zagadkę fizyki sprzed 50 lat

Laserowy piorunochron to prawdziwy przełom

Klasyczny piorunochron ma postać spiczastego, przewodzącego pręta z metalu połączonego z ziemią. Do dziś jest to najskuteczniejsza forma zewnętrznej instalacji odgromowej – chroni powierzchnię o promieniu równym mniej więcej jego wysokości. Nie nadaje się jednak do ochrony wrażliwych obiektów na dużym obszarze, takich jak lotniska, elektrownie jądrowe czy wiatrowe.

Dzięki laserowi można zmienić trajektorię pioruna /Fot. LOA

Naukowcy postanowili coś z tym zrobić i zainicjowali europejskie konsorcjum, którego koordynatorem jest dr Aurélien Houard z Laboratoire d’optique appliquée (LOA), we współpracy z Uniwersytetem Genewskim (UNIGE), The École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), TRUMPF scientific lasers, ArianeGroup, AMC oraz School of Engineering and Management (HEIG-VD). Pracuje ona nad urządzeniem znanym jako Laser Lightning Rod (LLR), czyli coś, co można by określić mianem “laserowego piorunochronu”.

Kiedy impulsy laserowe o bardzo dużej mocy są emitowane do atmosfery, wewnątrz wiązki tworzą się filamenty bardzo intensywnego światła. Filamenty 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. Prof. Jean-Pierre Wolf z UNIGE

Naukowcy postanowili opracować laser o średniej mocy 1 kW, 1 J (dżula) na impuls i czasie trwania wynoszącym 1 ps (pikosekundę). Pręt o szerokości 1,5 m, długości 8 m i wadze ponad 3 ton został zaprojektowany przez firmę TRUMPF scientific lasers i umieszczony na szczycie Säntis (2502 m n.p.m.), który już wcześniej wybrano za odpowiednie miejsce do obserwacji piorunów. Laser skupiono nad 124-metrowym nadajnikiem, który był wyposażony w klasyczny piorunochron.

Laser uruchamiano za każdym razem, gdy prognozowano wyładowania atmosferyczne między czerwcem a wrześniem 2021 r. Z wiadomych względów, obszar musiał zostać wcześniej zamknięty dla ruchu lotniczego. Celem eksperymentu było sprawdzenie, czy istnieje różnica z laserem i bez niego. Analiza zebranych danych nie pozostawia wątpliwości, choć zajęła prawie rok.

Na podstawie pierwszego zdarzenia piorunowego z użyciem lasera stwierdziliśmy, że wyładowanie mogło podążać za wiązką przez prawie 60 metrów, zanim dotarło do wieży, co oznacza, że zwiększyło promień powierzchni ochronnej ze 120 m do 180 m. Prof. Jean-Pierre Wolf z UNIGE

Naukowcy są zaskoczeni, jak ich laser dobrze się sprawuje. Radzi sobie nawet w trudnych warunkach pogodowych, takich jak mgła (częsta na szczycie Säntis). Kolejnym celem konsorcjum jest zwiększenie wysokości działania lasera – długoterminowy cel obejmuje wykorzystanie LLR do przedłużenia 10-metrowego piorunochronu o 500 m.