Co się stanie, jeśli zaczniesz strzelać laserem w pioruny? Naukowcy sprawdzili to na szczycie góry w Szwajcarii

W tym artykule:

1. Jak się chronić przed piorunami?
2. Co to jest piorunochron laserowy?
3. Jak testowano nowe urządzenie?

Czy piorun to rzadkie zjawisko? Nic podobnego. Nasza planeta jest stale bombardowana przez pioruny. W każdej chwili nad Ziemią szaleje średnio 2 tys. burz. Może z nich bić nawet kilkadziesiąt piorunów na sekundę. Szacuje się, że co roku pioruny zabijają na całym świecie aż 24 tys. osób.

To nie wszystko. Pioruny mogą wywoływać pożary, niszczyć drzewa i budynki, a także instalacje i urządzenia elektryczne. Są gwałtownymi i potężnymi wyładowaniami elektrostatycznymi, w ułamku sekundy wyzwalającymi energię ok. miliarda dżuli. To właśnie sprawia, że w miejscu, w które uderzą, dosłownie sieją zniszczenie.

Jak się chronić przed piorunami?

Najlepszym sposobem ochrony przed piorunami pozostaje piorunochron. Został wynaleziony jeszcze w połowie XVIII w. przez Benjamina Franklina. Jego najważniejszą częścią jest ostro zakończony metalowy pręt montowany na szczycie budynku, który ma chronić. Tak skonstruowany przyrząd przechwyca wyładowania. Następnie prąd płynie innymi częściami instalacji odgromowej do ziemi.

Jak skuteczny jest piorunochron? Przyjmuje się, że w przybliżeniu chroni obszar o takim promieniu, jaką ma wysokość. A zatem piorunochron mający dziesięć metrów zabezpieczy teren o promieniu dziesięciometrowym. To pokazuje niektóre z ograniczeń tego urządzenia. Nie sprawdzi się tam, gdzie na niebezpieczeństwo trafienia piorunem narażona jest duża płaska powierzchnia, np. lotnisko czy farma wiatrowa.

Pioruny strzelające z chmur w kosmos. Skąd się biorą „gigantyczne dżety"?

Mało kto widział „gigantyczne dżety” na żywo. To dlatego, że trudno je zauważyć zza chmur. O zjawisku wciąż wiemy niewiele, ale najnowsze badania przybliżają nas do poznania elektryz...

Co to jest piorunochron laserowy?

Naukowcy już od kilkudziesięciu lat pracują nad nowymi urządzeniami mającymi usprawnić klasyczne piorunochrony. Opracowaniem jednego z nich zajęło się konsorcjum, w którego skład wchodzi kilka europejskich ośrodków naukowych, m.in. Uniwersytet Genewski i francuska École Polytechnique, a także firma TRUMPF Scientific Lasers.

Tym urządzeniem jest piorunochron laserowy. Idea nie jest nowa: zakłada zmianę toru, po którym porusza się piorun, za pomocą lasera. Biegnący w kierunku Ziemi piorun porusza się po drodze najmniejszego oporu. Można na nią wpłynąć, jonizując powietrze nad chronionym obszarem krótkimi, ale silnymi impulsami laserowymi.

Koncept testowano już w Meksyku i Singapurze. Jednak stosowane tam urządzenia się nie sprawdziły. Teraz naukowcy udali się na szczyt góry Santis w Szwajcarii. Znajduje się tam 124-metrowa wieża telekomunikacyjna. Średnio każdego roku pioruny uderzają w nią aż 100 razy.

Pod wieżą badacze postawili specjalnie zaprojektowane urządzenie, nazwane Laser Lightning Rod (LLR). Po włączeniu jego wiązki strzelały w powietrze. – Prowadziło to do zjonizowania azotu i tlenu, od których odrywały się elektrony. Tak powstało zjonizowane powietrze, które stało się przewodnikiem elektrycznym – wyjaśnia prof. Jean-Pierre Wolf z Uniwersytetu Genewskiego, jeden z autorów badań. Zjonizowane powietrze stawia mniejszy opór, a więc jest idealną drogą dla pioruna.

Jak testowano nowe urządzenie?

Użyty do badań terawatowy laser skierowano nad szczyt wieży wyposażonej w tradycyjny piorunochron. Testowano go pomiędzy czerwcem a wrześniem 2021 roku. Gdy nad Santis przechodziła burza, laser był włączany, strzelając w chmury ultrakrótkimi impulsami. W ten sposób wytwarzał nad wieżą utrzymujący się zjonizowany kanał, skierowany w górę. Był to potencjalny tor dla pioruna, który powinien zostać ściągnięty nim do klasycznego piorunochronu. Okoliczna przestrzeń powietrzna była na czas testów zamykana.

Okazało się, że w czasie testów piorun udało się przechwycić czterokrotnie. Raz uderzył, gdy niebo było czyste, i naukowcy nagrali, jak podąża wzdłuż lasera. Dwanaście razy piorun uderzył w wieżę, gdy laser był wyłączony.

Czy pojawienie się lasera powiększyło chroniony obszar? – Ustaliliśmy, że wyładowanie może podążać za laserem już prawie 60 metrów przed osiągnięciem wieży – mówił prof. Wolff cytowany przez serwis phys.org. – Tym samym powiększyliśmy promień chronionego obszaru z 120 do 180 metrów – dodał.

Okazało się również, że urządzenie działało nawet w trudnych warunkach atmosferycznych, takich jak mgła.

Celem badaczy jest powiększenie chronionego obszaru tak bardzo, jak to możliwe. Docelowo naukowcy chcą, by urządzenie takie jak LLR „wydłużało” 10-metrowy piorunochron o pół kilometra. Badania przeprowadzone w Szwajcarii zostały opisane w czasopiśmie naukowym „Nature Photonics”.

Źródła: phys.org, Nature Photonics

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com