تسخير تقنية الليزر للتحكم في ضربات الصواعق وتحويلها

مجلة رونق - مثل مطرقة Thor عالية التقنية ، يمكن لليزر القوي أن يمسك صاعقة البرق ويعيد توجيه مساره عبر السماء.

تشير دراسة حديثة إلى أنه يمكن استخدام ليزر قوي لإعادة توجيه ضربات الصواعق. تتضمن العملية إطلاق شعاع ليزر عالي الطاقة في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى إنشاء قناة بلازما يمكنها توجيه التفريغ الكهربائي لصاعقة البرق إلى موقع معين. إن استخدام الليزر للتحكم في ضربات الصواعق لديه القدرة على منع الأضرار التي تلحق بالمباني والبنية التحتية ، فضلاً عن الحد من مخاطر الحرائق التي تسببها الصواعق. ومع ذلك ، لا تزال هذه التكنولوجيا في المراحل الأولى من التطوير وهناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم إمكاناتها الكاملة وقيودها. من المهم ملاحظة أن هذه التقنية ليست جاهزة بعد للتطبيق في سيناريوهات الحياة الواقعية ولا تزال قيد الاختبار في المعامل والتجارب الميدانية.

في تجربة على قمة الجبل ، مثل البرق المنحني بالليزر باتجاه مانعة الصواعق ، أفاد الباحثون على الإنترنت في 16 يناير في Nature Photonics. استخدم العلماء الليزر لمجادلة الكهرباء في المختبر من قبل ، ولكن هذا هو أول دليل على أن هذه التقنية تعمل في عواصف العالم الحقيقي ويمكن أن تؤدي في يوم من الأيام إلى حماية أفضل ضد الصواعق.

أكثر تقنيات مكافحة الصواعق شيوعًا اليوم هي مانعة الصواعق الكلاسيكية ، وهي عبارة عن عمود معدني طوله أمتار مثبت على الأرض. تغري الموصلية المعدنية للمعدن البرق الذي قد يضرب المباني المجاورة أو الأشخاص ، مما يغذي تلك الكهرباء بأمان في الأرض. لكن المنطقة المحمية بواسطة مانع الصواعق محدودة بارتفاع القضيب.

"إذا كنت ترغب في حماية بعض البنية التحتية الكبيرة ، مثل مطار أو منصة إطلاق للصواريخ أو مزرعة رياح ... فستحتاج ، من أجل حماية جيدة ، إلى مانعة صواعق بحجم كيلومتر ، أو مئات الأمتار" ، كما تقول Aurélien Houard ، عالم فيزياء في معهد البوليتكنيك في باريس في باليزو ، فرنسا. سيكون مثل هذا القطب المعدني الطويل غير عملي. لكن الليزر يمكن أن يصل إلى هذا الحد ، ويعترض صواعق بعيدة ويوجهها إلى قضبان معدنية أرضية.

اختبر هوارد وزملاؤه هذه الفكرة على قمة جبل سانتيس في شمال شرق سويسرا. أقاموا ليزرًا عالي الطاقة بالقرب من برج اتصالات موصّل بقضيب من الصواعق يضربه البرق حوالي 100 مرة كل عام. تم إطلاق الليزر في السماء لمدة ست ساعات إجمالاً خلال العواصف الرعدية من يوليو إلى سبتمبر 2021.

أطلق الليزر دفعات قصيرة ومكثفة من ضوء الأشعة تحت الحمراء على الغيوم حوالي 1000 مرة في الثانية. قام قطار النبضات الضوئية هذا بتمزيق الإلكترونات عن جزيئات الهواء وطرد بعض جزيئات الهواء من طريقها ، مما أدى إلى نحت قناة من البلازما المشحونة منخفضة الكثافة. نوعًا ما يشبه تنظيف المسار عبر الغابة ووضع الرصيف ، فإن هذا المزيج من التأثيرات جعل من السهل تدفق التيار الكهربائي على طول هذا الطريق. أدى ذلك إلى إنشاء مسار أقل مقاومة للبرق ليتبعه في السماء.

قام فريق هوارد بضبط الليزر الخاص بهم بحيث شكل هذا المسار الموصل للكهرباء فوق قمة البرج مباشرة. سمح ذلك لقضيب الصواعق الخاص بالبرج باعتراض الترباس الذي تمزقه الليزر قبل أن ينزلق على طول الطريق إلى معدات الليزر.

أصيب البرج بالبرق أربع مرات أثناء تشغيل الليزر. حدثت إحدى تلك الضربات في سماء صافية إلى حد ما ، مما سمح لكاميراتين عاليتي السرعة بالتقاط اللحظة. أظهرت تلك الصور البرق متعرجًا من السحب وتتبع ضوء الليزر لحوالي 50 مترًا نحو مانعة الصواعق في البرج.

لتتبع مسارات البراغي الثلاثة التي لم يتمكنوا من رؤيتها ، نظر الباحثون في موجات الراديو المنبعثة من البرق. أظهرت موجات الراديو هذه أن الضربات الثلاثة اتبعت مسار الليزر بشكل أقرب بكثير من الضربات الأخرى التي حدثت عندما كان الليزر مغلقًا. هذا يشير إلى أن الليزر يوجه هذه الضربات الثلاثة إلى مانع الصواعق أيضًا.

يقول هوارد ميلتشبيرج ، عالم فيزياء في جامعة ميريلاند في كوليدج بارك غير مشارك في العمل: "إنه إنجاز حقيقي". "كان الناس يحاولون القيام بذلك لسنوات عديدة." يقول إن الهدف الرئيسي للعلماء في الانحناء البرق لإرادتهم هو زيادة السلامة. ولكن "إذا أصبح هذا الشيء فعالاً حقًا ، وزاد احتمال توجيه التفريغ إلى ما هو أبعد مما هو عليه الآن ، فمن المحتمل أن يكون مفيدًا لشحن الأشياء."

عالم الغلاف الجوي والفضاء روبرت هولزورث أكثر حذرًا بشأن تخيل التطبيقات. يقول هولزورث ، من جامعة واشنطن في سياتل: "لقد أظهروا 50 مترًا فقط من الطول [الإرشادي] ، ومعظم قنوات البرق يبلغ طولها كيلومترات". لذا فإن توسيع نطاق نظام الليزر للوصول إلى مدى مفيد قد يستغرق الكثير من العمل.