Fizičar Aurélien Houard iz francuskog Nacionalnog centra za znanstvena istraživanja Laboratorija za primijenjenu optiku u Parizu i njegovi kolege pratili su višesatne aktivnosti grmljavinske oluje kako bi testirali može li laser odvesti udare munje dalje od ključne infrastrukture.

Ovaj telekomunikacijski toranj munje pogode oko 100 puta godišnje, a ukupno gledajući, diljem svijeta mogu uzrokovati milijarde dolara štete na infrastrukturi zračnih luka i lansirnih platformi.

Naša najbolja zaštita od udara groma je Franklinova šipka, a to je ništa drugo nego metalni šiljak koji je u 18. stoljeću izumio Benjamin Franklin. On je otkrio da su udari munja ustvari cik-cak udari električne struje. Te se šipke zatim povezuju s metalnim kabelima koji se spuštaju niz zgrade i usidre u Zemlju, radeći na raspršivanju energije munje.

Houard i kolege htjeli su osmisliti bolji način zaštite od udara groma, boreći se protiv elektriciteta svjetlom.

‘Iako je ovo područje istraživanja bilo vrlo aktivno više od 20 godina, ovo je prvi terenski rezultat koji eksperimentalno pokazuje munje vođene laserima’, pišu u svom objavljenom radu.

Porastom ekstremnih vremenskih događaja, potaknutih klimatskim promjenama, zaštita od munja postaje sve važnija.

Eksperiment je provođen tijekom ljeta 2021. s planine Säntis u sjeveroistočnoj Švicarskoj. Kratki i intenzivni laserski impulsi usmjeravani su prema oblacima tijekom niza grmljavinskih oluja i uspješno su skrenuli četiri pražnjenja munje.

Drugih 12 munja pogodilo je toranj tijekom olujnih razdoblja u kojima laser nije bio aktivan.

Jednom prilikom, kada je nebo bilo dovoljno vedro da se snime akcije pomoću dvije kamere, zabilježen je udar munje koji je pratio putanju lasera 50 metara.

Senzori na telekomunikacijskom tornju također su zabilježili električna polja i generirane X-zrake kako bi otkrili aktivnost munje i potvrdili njenu putanju, a koju možete vidjeti rekonstruiranu u videu.

Za ideju koja je prvi put iznesena 1974. i opsežno testirana u laboratoriju uzbudljivo je vidjeti kako konačno funkcionira u stvarnom svijetu. Nekoliko ranijih terenskih ispitivanja, jedno u Meksiku i drugo u Singapuru, nije uspjelo pronaći nikakve dokaze da laseri mogu odbiti udare munje.

‘Ovi preliminarni rezultati trebali bi biti potvrđeni novim konfiguracijama’, pišu Houard i njegovi kolege.

Istraživači još uvijek pokušavaju shvatiti zašto su laseri djelovali u njihovim ispitivanjima, ali ne i u ranijim eksperimentima. Laser koji su Houard i kolege upotrijebili ispaljuje do tisuću impulsa u sekundi, mnogo brže od drugih korištenih, dopuštajući zelenoj zraci da presretne sve prethodnike munja koje su se formirale iznad tornja.

No čini se da zabilježeni događaji samo preusmjeravaju pozitivne bljeskove munje, koje proizvodi pozitivno nabijeni oblak, i generiraju negativno nabijene 'lidere'.

Dakle - kako to radi?

Kao što Houard i kolege objašnjavaju u svom radu, laser poslan prema nebu mijenja svojstva savijanja svjetlosti u zraku, uzrokujući smanjenje i pojačavanje laserskog pulsa sve dok ne počne ionizirati molekule zraka. Taj se proces naziva filamentacija.

Molekule zraka brzo se zagrijavaju duž putanje lasera, apsorbirajući njegovu energiju, a zatim izbacuju nadzvučnom brzinom. To za sobom ostavlja 'dugovječne' kanale zraka manje gustoće koji nude put za električno pražnjenje.

Pri visokim brzinama ponavljanja lasera, ove dugovječne nabijene molekule kisika se nakupljaju, ‘pamteći sjećanje’ putanje lasera koju slijedi munja, pišu istraživači.

Električnim pražnjenjima upravljali su i ranije laseri u laboratoriju, ali ovo je prvi put da je tehnika radila na terenu. Laserski uvjeti su podešeni tako da je početak filamentnog ponašanja započeo točno iznad vrha tornja.

‘Ovaj rad utire put novim atmosferskim primjenama ultrakratkih lasera i predstavlja važan korak naprijed u razvoju laserske zaštite od munja za zračne luke, lansirne rampe ili velike infrastrukture’, zaključuju Houard i kolege. Njihovom znanstvenom radu možete pristupiti preko ovog linka.