هدایت و جابجایی رعد و برق با لیزر ممکن شد

دانشمندان برای اولین بار نشان دادند که یک پرتو لیزر قدرتمند که به سمت آسمان هدایت می‌شود می‌تواند یک «میله برق‌گیر مجازی» ایجاد کند که مسیر برخورد صاعقه را منحرف می‌کند.

این تحقیق که در روز دوشنبه در مجله «Nature Photonics» منتشر شده است، می‌تواند منجر به بهبود روش‌های حفاظت از زیرساخت‌های حیاتی مانند نیروگاه‌ها، فرودگاه‌ها و سکوهای پرتاب فضاپیما در برابر صاعقه شود.

دانشمندان، از جمله دانشمندان دانشگاه اِکول پلی‌تکنیک(Ecole Polytechnique) فرانسه توضیح می‌دهند که تاکنون، متداول‌ترین وسیله حفاظت در برابر صاعقه، میله فرانکلین (میله برق‌گیر) بوده است که یک قطب فلزی رسانای الکتریکی در بالای ساختمان‌ها و سایر زیرساخت‌ها است که تخلیه الکتریکی را متوقف و صاعقه را به طور ایمن به سمت زمین هدایت می‌کند.

در این مطالعه جدید، آنها نشان دادند که یک پرتو لیزر قدرتمند که به سمت آسمان هدایت می‌شود می‌تواند به عنوان یک میله برق مجازی و متحرک عمل کند و جایگزینی برای میله‌های برق سنتی باشد.

در حالی که آزمایش‌های قبلی در محیط آزمایشگاهی نشان داده‌اند که پالس‌های لیزری شدید می‌توانند صاعقه را هدایت کنند، محققان می‌گویند هیچ مطالعه میدانی پیش از این هدایت صاعقه را با استفاده از چنین پرتوهای نور قدرتمندی به‌طور تجربی نشان نداده بود.

برای آزمایش این موضوع، دانشمندان آزمایش‌هایی را تابستان سال ۲۰۲۱ در کوه سنتیس(Säntis) در شمال شرقی سوئیس انجام دادند.

آنها یک دستگاه لیزری به نام میله برق لیزری (LLR) با اندازه‌ای مشابه یک ماشین بزرگ نصب کردند که می‌تواند تا هزار پالس در ثانیه را در نزدیکی یک برج مخابراتی که حدود ۱۰۰ بار در سال صاعقه به آن برخورد می‌کند، ارسال کند.

به گفته دانشمندان، این دستگاه کانال‌هایی از هوای یونیزه را با ذرات باردار تولید می‌کند که می‌توان از آنها برای هدایت صاعقه استفاده کرد.

آنها می‌گویند که دستگاه برق‌گیر لیزری می‌تواند ارتفاع خود را به طور مجازی افزایش دهد و سطح منطقه‌ای را که از آن محافظت می‌کند، گسترش دهد.

ژان پیر ولف(Jean-Pierre Wolf)، یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت: زمانی که پالس‌های لیزری با قدرت بسیار بالا در جو منتشر می‌شوند، رشته‌هایی با نور بسیار شدید در داخل پرتو تشکیل می‌شود.

این رشته‌ها مولکول‌های نیتروژن و اکسیژن موجود در هوا را یونیزه می‌کنند و سپس الکترون‌هایی آزاد می‌کنند که آزادانه حرکت می‌کنند. دکتر ولف توضیح داد که این هوای یونیزه شده که «پلاسما» نامیده می‌شود، به یک رسانای الکتریکی تبدیل می‌شود.

دانشمندان داده‌های جمع‌آوری‌شده هنگام تولید رشته لیزری در بالای برج و همچنین هنگام برخورد صاعقه به صورت طبیعی به برج را با هم مقایسه کردند.

آنها مشاهده کردند که لیزر می‌تواند مسیر چهار تخلیه الکتریکی صاعقه را طی بیش از شش ساعت فعالیت در طول یک طوفان منحرف کند. این یافته‌ها همچنین با استفاده از امواج الکترومغناطیسی تولید شده توسط صاعقه برای مکان‌یابی برخودها تأیید شد.

محققان همچنین توانستند یکی از برخوردها را با استفاده از دوربین‌های پرسرعت ثبت کنند که نشان می‌دهد این برخورد بیش از ۵۰ متر مسیر لیزر را دنبال می‌کند.

دکتر ولف توضیح داد: ما از اولین صاعقه‌ای که با استفاده از لیزر هدایت شد متوجه شدیم که تخلیه الکتریکی می‌تواند نزدیک به ۶۰ متر قبل از رسیدن به برج پرتو لیزر را دنبال کند، این بدان معناست که شعاع سطح حفاظتی از ۱۲۰ متر به ۱۸۰ متر افزایش یافته است.

دانشمندان می‌گویند که نتایج این مطالعه ممکن است به توسعه بیشتر استراتژی‌های جدید برای حفاظت در برابر صاعقه کمک کند.

۵۸۵۸