Güçlü bir lazer, yıldırım çarpmalarını yönlendirebilir
Thor’un yüksek teknoloji çekici gibi, güçlü bir lazer bir şimşeği yakalayabilir ve yolunu gökyüzünde yeniden yönlendirebilir.
Bir dağ zirvesi deneyinde, böyle bir lazer yıldırımı bir paratoner yönünde büktü, araştırmacılar 16 Ocak’ta Nature Photonics’te çevrimiçi olarak rapor veriyorlar. Bilim adamları daha önce laboratuvarda elektriği boğmak için lazer kullandılar, ancak bu, tekniğin gerçek dünyadaki fırtınalarda işe yaradığının ve bir gün yıldırıma karşı daha iyi korumaya yol açabileceğinin ilk kanıtı.
Günümüzün en yaygın yıldırım önleme teknolojisi, yere kök salmış metre uzunluğunda metal bir direk olan klasik paratonerdir. Metalin iletkenliği, aksi takdirde yakındaki binalara veya insanlara çarpabilecek ve bu elektriği güvenli bir şekilde toprağa besleyebilecek yıldırımları cezbeder. Ancak bir paratoner tarafından korunan alan, çubuğun yüksekliği ile sınırlıdır.
Aurélien Houard, “Bir havaalanı veya roketler için fırlatma rampası veya bir rüzgar çiftliği gibi büyük bir altyapıyı korumak istiyorsanız … o zaman iyi bir koruma için kilometre veya yüzlerce metre büyüklüğünde bir paratonere ihtiyacınız olacaktır” diyor. Fransa, Palaiseau’daki Institut Polytechnique de Paris’te bir fizikçi. Böyle uzun bir metal direk pratik olmazdı. Ancak bir lazer o kadar uzağa ulaşabilir, uzaktaki şimşekleri yakalayabilir ve onları yere dayalı metal çubuklara yönlendirebilir.
Houard ve meslektaşları bu fikri kuzeydoğu İsviçre’deki Säntis dağının tepesinde test ettiler. Her yıl yaklaşık 100 kez yıldırımın çarptığı bir paratonerle donatılmış bir telekomünikasyon kulesinin yanına yüksek güçlü bir lazer kurdular. Lazer, Temmuz’dan Eylül 2021’e kadar gök gürültülü fırtınalar sırasında toplam yaklaşık altı saat boyunca gökyüzüne ışınlandı.
24 Temmuz 2021’de oldukça açık gökyüzü, yüksek hızlı bir kameranın, bir lazerin gökyüzü ile bir kulenin tepesindeki paratoner arasındaki şimşeğin yolunu büktüğü anı yakalamasına olanak sağladı. Yıldırım, yaklaşık 50 metre boyunca lazer ışığının yolunu takip etti.A. Houard ve diğerleri/Nature Photonics 2023
Lazer, bulutlara saniyede yaklaşık 1.000 kez kısa, yoğun kızılötesi ışık patlamaları püskürttü. Bu ışık darbeleri dizisi, hava moleküllerinden elektronları kopardı ve bazı hava moleküllerini yolundan çekerek, düşük yoğunluklu, yüklü bir plazma kanalı oluşturdu. Bir nevi ormanda yol açmak ve kaldırım döşemek gibi, bu etki kombinasyonu elektrik akımının bu yol boyunca akmasını kolaylaştırdı (SN: 3/5/14). Bu, şimşeğin gökyüzünde takip etmesi için en az dirençli bir yol yarattı.
Houard’ın ekibi lazerlerini kulenin ucunun hemen üzerinde elektriksel olarak iletken bir yol oluşturacak şekilde ayarladılar. Bu, kulenin paratonerinin, lazer ekipmanına kadar inmeden önce lazer tarafından takılan bir cıvatayı engellemesine izin verdi.
Lazer açıkken kuleye dört kez yıldırım çarptı. Bu darbelerden biri, oldukça açık bir gökyüzünde meydana geldi ve iki yüksek hızlı kameranın anı yakalamasına olanak sağladı. Bu görüntüler, şimşeğin bulutlardan aşağıya zikzak çizerek ve kulenin paratonerine doğru yaklaşık 50 metre lazer ışığını takip ettiğini gösteriyordu.
Araştırmacılar göremedikleri üç cıvatanın yollarını takip etmek için yıldırımın saçtığı radyo dalgalarına baktılar. Bu radyo dalgaları, üç vuruşun lazerin yolunu, lazer kapalıyken meydana gelen diğer vuruşlardan çok daha yakından takip ettiğini gösterdi. Bu, lazerin bu üç darbeyi de paratonerine yönlendirdiğini ima etti.
Bu 3 boyutlu rekonstrüksiyon, Temmuz 2021’de yüksek hızlı kameralar tarafından yakalanan bir yıldırım çarpmasını modelliyor. Şimşeğin bir kulenin tepesindeki metal bir çubuğa çarptığı ve yolunun güçlü bir lazer tarafından gökyüzünde yönlendirildiği anı gösteriyor.
College Park’taki Maryland Üniversitesi’nde çalışmaya dahil olmayan bir fizikçi olan Howard Milchberg, “Bu gerçek bir başarı” diyor. “İnsanlar yıllardır bunu yapmaya çalışıyor.” Bilim adamlarının şimşeği kendi isteklerine göre bükmedeki asıl amacının güvenliği artırmak olduğunu söylüyor. Ancak “bu şey gerçekten, gerçekten verimli hale gelirse ve bir deşarjı yönlendirme olasılığı şu anda olduğundan çok daha fazla artırılırsa, potansiyel olarak bir şeyleri şarj etmek için bile faydalı olabilir.”
Atmosfer ve uzay bilimcisi Robert Holzworth, uygulamaları hayal etme konusunda daha temkinli. “Sadece 50 metre gösterdiler [guiding] Seattle’daki Washington Üniversitesi’nden Holzworth, “Uzunluk ve yıldırım kanallarının çoğu kilometrelerce uzunluğundadır” diyor. Bu nedenle, lazer sistemini yararlı bir erişime sahip olacak şekilde ölçeklendirmek çok iş gerektirebilir.
Houard, daha yüksek frekanslı, daha yüksek enerjili bir lazer kullanmanın menzilini genişletebileceğini söylüyor. “Bu, kilometre menzilli bir paratoner için ilk adım.”