يمكن لليزر القوي إعادة توجيه ضربات الصواعق


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

في تجربة قمة الجبل ، مثل هذا الليزر عازمة البرق نحو مانعة الصواعق، أبلغ الباحثون على الإنترنت في 16 كانون الثاني (يناير) في الضوئيات الطبيعة. استخدم العلماء الليزر لمناولة الكهرباء في المختبر من قبل ، ولكن هذا هو أول دليل على أن هذه التقنية تعمل في عواصف العالم الحقيقي ويمكن أن تؤدي يومًا ما إلى حماية أفضل ضد الصواعق.

أكثر تقنيات مكافحة الصواعق شيوعًا اليوم هي أداة مانعة الصواعق الكلاسيكية ، وهي عمود معدني طوله أمتار مثبت على الأرض. تجذب موصلية المعدن الصواعق التي قد تضرب المباني أو الأشخاص القريبين ، 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 مغطى 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.

صورة كاميرا عالية السرعة لصاعقة برق متشابكة تنحني باتجاه قضيب مانع للصواعق ثم لأسفل
في 24 يوليو 2021 ، سمحت السماء الصافية إلى حد ما لكاميرا عالية السرعة بالتقاط اللحظة التي ثنى فيها الليزر مسار صاعقة صاعقة بين السماء وقضيب صواعق فوق برج. يتبع البرق مسار ضوء الليزر لحوالي 50 مترًا.أ. هوارد وآخرون/الضوئيات الطبيعة 2023

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. هذا المزيج من التأثيرات جعله نوعًا ما يشبه تنظيف المسار عبر الغابة ووضع الرصيف أسهل لتدفق التيار الكهربائي على طول هذا الطريق (SN: 3/5/14). 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 للبرج باعتراض صاعقة ممزقة بواسطة الليزر قبل أن تنضغط 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.

https://www.youtube.com/watch؟v=598ZJdqRexk

تُظهر إعادة البناء ثلاثية الأبعاد هذه ضربة صاعقة التقطتها الكاميرات عالية السرعة في يوليو 2021. وتُظهر اللحظة التي اصطدمت فيها الصاعقة بقضيب معدني فوق برج ، حيث يتم توجيه مساره عبر السماء بواسطة ليزر قوي.

يقول هوارد ميلتشبيرج ، الفيزيائي في جامعة ميريلاند في كوليدج بارك ، الذي لم يشارك 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. “أظهروا فقط 50 مترا من [guiding] يقول هولزورث ، من جامعة واشنطن في سياتل ، “طول معظم قنوات البرق كيلومترات”. لذا فإن توسيع نطاق نظام الليزر للوصول إلى مدى مفيد قد يستغرق الكثير من العمل.

يقول هوارد إن استخدام ليزر عالي التردد وطاقة أعلى يمكن أن يوسع مدى انتشاره. “هذه خطوة أولى نحو مانعة صواعق ذات نطاق كيلومتر.”



المصدر