هدایت رعد و برق با لیزر ممکن شد

با یک لیزر می‌توان رعد و برق را به مسیر مشخصی هدایت کرد. در ادامه با درسینوفن همراه باشید تا با چگونگی و کارکرد این روش آشنا شوید.

محققان در 16 ژانویه به صورت آنلاین در Nature Photonics گزارش دادند که در یک آزمایش بالای کوه، با لیزری رعد و برق را به سمت یک صاعقه‌گیر خم کردند.

دانشمندان قبلاً از لیزر برای به هم زدن الکتریسیته در آزمایشگاه استفاده کرده‌اند، اما این اولین نمایش از هدایت رعد و برق با لیزر است که نشان می‌دهد این تکنیک در طوفان‌ها کار می‌کند و روزی می‌تواند به محافظت بهتر در برابر صاعقه منجر شود.

رایج‌ترین فناوری ضد صاعقه امروزی، صاعقه‌گیر کلاسیک است. یک تیر فلزی به طول یک متر که درون زمین قرار دارد. رسانایی این فلز باعث می‌شود برق بدون آسیب زدن به ساختمان‌ها یا افراد، به راحتی وارد زمین شود. اما ناحیه محافظت‌شده توسط صاعقه‌گیر به ارتفاع میله محدود می‌شود.

اورلین هوارد (فیزیکدان موسسه پلی تکنیک پاریس) می‌گوید: «اگر می‌خواهید از برخی زیرساخت‌های بزرگ مانند فرودگاه، سکوی پرتاب موشک یا مزرعه بادی محافظت کنید، به یک صاعقه‌گیر به اندازه کیلومتر یا صدها متر نیاز خواهید داشت». چنین میله فلزی بلند، غیرممکن و غیرعملی خواهد بود. اما لیزر می‌تواند به این فاصله برسد و صاعقه‌های دور را رهگیری و آنها را به میله‌های فلزی زمینی هدایت کند.

هوآرد و همکارانش این ایده را در بالای کوه Säntis در شمال شرقی سوئیس آزمایش کردند. آنها یک لیزر پرقدرت را در نزدیکی یک برج مخابراتی نصب کردند که هر سال حدود 100 بار توسط رعد و برق مورد اصابت قرار می‌گیرد. این لیزر در طول طوفان‌های رعد و برق از ژوئیه تا سپتامبر 2021 در مجموع حدود شش ساعت به آسمان تابیده شد.

نحوه‌ی کار

لیزر پالس‌های کوتاه و شدید نور مادون قرمز را حدود 1000 بار در ثانیه به ابرها پرتاب کرد. به گفته محققان این سرعت موفقیت آن‌ها را ممکن کرد. این قطار از پالس‌های نوری، الکترون‌ها را از مولکول‌های هوا جدا کرد و برخی از مولکول‌های هوا را از مسیر خود خارج و کانالی از پلاسمای کم چگال و باردار را ایجاد کرد.

این ترکیبی از اثرات، مانند درست کردن مسیری از میان جنگل، جریان الکتریکی را در این مسیر آسان‌تر کرد. این مسیری با کمترین مقاومت را برای رعد و برق در آسمان ایجاد کرد.

تیم Houard لیزر خود را طوری تنظیم کردند که این مسیر رسانای الکتریکی را درست بالای نوک برج تشکیل دهد. این به میله صاعقه برج اجازه داد تا پیچ و مهره‌ای را که توسط لیزر گیر کرده بود، قبل از اینکه به تجهیزات لیزری بسته شود، رهگیری کند.

در حالی که لیزر روشن بود، برج، چهار بار مورد اصابت صاعقه قرار گرفت. یکی از آن حملات در یک آسمان نسبتاً صاف اتفاق افتاد و به دو دوربین پرسرعت اجازه داد تا لحظه را ثبت کنند.

این تصاویر رعد و برق را نشان می‌داد که از ابرها به صورت زیگزاگی به پایین می‌آمد و نور لیزر را حدود 50 متر به سمت صاعقه‌گیر برج دنبال می‌کرد. محققان برای ردیابی مسیرهای سه پیچ که نمی توانستند ببینند، به امواج رادیویی رعد و برق رعد و برق نگاه کردند.

آن امواج رادیویی نشان داد که سه ضربه مسیر لیزر را بسیار نزدیکتر از سایر حملاتی که در زمان خاموش بودن لیزر اتفاق می‌افتند دنبال می‌کنند. این نشان می‌دهد که لیزر این سه ضربه را به صاعقه‌گیر نیز هدایت می‌کند.

این یک دستاورد واقعی است

هاوارد میلچبرگ، فیزیکدان دانشگاه مریلند در کالج پارک می گوید: «این یک دستاورد واقعی است. مردم سال‌هاست که تلاش می‌کنند این کار را انجام دهند.»

او می‌گوید که هدف اصلی دانشمندان از خم‌کردن رعد و برق، افزایش ایمنی است. اما “اگر این چیز واقعاً کارآمد شود، و احتمال هدایت تخلیه بسیار فراتر از آنچه که اکنون است افزایش یابد، به طور بالقوه می‌تواند حتی برای شارژ کردن بعضی چیزها مفید باشد.”

رابرت هولزورث، دانشمند هوا و فضا، در تصور کاربردها محتاط‌تر است. هولزورث از دانشگاه واشنگتن در سیاتل می‌گوید: «آنها فقط طول 50 متری را نشان دادند و بیشتر کانال‌های رعد و برق کیلومترها طول دارند. بنابراین افزایش مقیاس سیستم لیزر برای داشتن دسترسی مفید ممکن است کار زیادی را ببرد.»

هوآرد می‌گوید استفاده از لیزری با فرکانس بالاتر و انرژی بالاتر می‌تواند دامنه آن را افزایش دهد. “این اولین گام به سوی صاعقه‌گیر با برد کیلومتر است.”