Kontrolowanie błyskawic to od dawna marzenie ludzkości. Czy jest blisko do jego spełnienia? Uczeni twierdzą, że tak i swój pomysł chcą przetestować latem
Piorunochron wynaleziony 300 lat temu przez Benjamina Franklina może nie być już aż tak potrzebny. Naukowcy chcą ściągać gromy laserem w odpowiednie miejsce.
Gdy niebo się gniewa
Pioruny to wyładowania elektryczne łączące chmurę z ziemią, fascynująca, ale i szaleńczo destrukcyjna manifestacja natury. Zapanowanie nad nimi zmniejszyłoby straty. Pioruny bowiem często wywołują pożary lasów, powodują przerwy w dostawie prądu czy ludzkie tragedie np. jak ta ostatnio w Tatrach, gdzie w wyniku rażenia piorunem zginęły cztery osoby, a kilkadziesiąt zostało rannych.
Gdyby dało się przewidzieć, skąd uderzą gromy i można je było skierować w „neutralny” punkt, takich szkód można by uniknąć. To ważne szczególnie dla infrastruktury krytycznej, czyli elektrowni, w tym jądrowych oraz ludzi, których na świecie rocznie ginie od uderzeń piorunów między 6 a 24 tysiące. Bo nie ma instalacji odgromowej, która chroniłaby tłum, tymczasowe miejsca przechowywania ładunków wybuchowych czy chemikaliów, wyrzutnie rakiet, samoloty na lotniskach itp.
Wcale nie nowe
Pomysł wykorzystania potężnego lasera do wytworzenia ścieżki o niskiej oporności w atmosferze dla przechwycenia błyskawicy pokazano w latach 90. ubiegłego wieku. Opracowano wówczas lasery o mocy liczonej w terawatach, osiąganej w ciągu biliardowej części sekundy. Potężny impuls odrywał elektrony od zawartych w powietrzu cząsteczek gazów, tworząc zjonizowany kanał. Niestety nie udało się naprowadzić błyskawicy w tę ścieżkę.
W 2012 roku Francuzi wykazali, że silny laser może wytwarzać ultrakrótkie włókna zjonizowanego gazu, które działają jak przewody elektryczne. Za tymi badaniami stał dr Aurelien Houard, naukowiec z francuskiego Laboratorium Zastosowań Optycznych w Palaiseau pod Paryżem. Teraz jest szefem inicjatywy, dofinansowanej przez Komisję Europejską w ramach Horizon 2020 i programu FET Open, która ma stworzyć „pogromcę piorunów”.
System jest „szkolony” za pomocą maszynowego uczenia poprzez bazę danych zgromadzoną na wielu szwajcarskich stacjach meteorologicznych
Naukowcy uczestniczący w projekcie Laser Lightning Rod badają zjawiska, gromadzą dane oraz opracowują nowego rodzaju ochronę odgromową. Oparta będzie na wykorzystaniu wyładowań między chmurami, zapobiegawczo przenoszonych na ziemię za pomocą lasera wieloaparatowego o wysokiej częstotliwości powtarzania.
– Zespół odpowiedzialny za wykrywanie wyładowań atmosferycznych opracował system przewidywania pozycji tych wyładowań. Jest „szkolony” za pomocą maszynowego uczenia poprzez bazę danych zgromadzoną na wielu szwajcarskich stacjach meteorologicznych – informuje nasz portal dr Houard.
Osobą odpowiedzialną za tę część projektu jest prof. Farhad Rachidi-Haeri z Politechniki Federalnej w Lozannie.
W rozmowie z nami wyjaśnia, że uczenie maszynowe pozwala przewidzieć z ok. 80-procentową dokładnością, w które miejsce uderzy piorun.
– W projekcie oceniamy wykorzystanie wiązki laserowej jako środka ochrony przeciwpiorunowej. Jeżeli badania i eksperymenty potwierdzą ten pomysł, to w przyszłości można rozważyć zastosowanie laserowego systemu ochrony. Jednakże, ze względu na koszty i ograniczenia związane z wdrożeniem, system taki mógłby być stosowany wyłącznie w infrastrukturze krytycznej, takiej jak lotniska lub elektrownie jądrowe – wyjaśnia nam prof. Rachidi-Haeri.
Gdzie to zobaczymy?
Eksperymenty są prowadzone na górze Säntis, na wysokości 2500 metrów. Jest to najwyższy szczyt masywu Alpstein w północno-wschodniej Szwajcarii. Ekstremalne warunki pogodowe w okolicy sprawiają, że jest to szczególne miejsce dla naukowców badających błyskawice. Dlaczego? To miejsce w Europie, gdzie najczęściej uderzają pioruny – nawet 100 razy w roku. Ulokowano tu obserwatorium i sieć czujników, które nieustannie rejestrują dane zachodzących zjawisk. Modelowanie ich pozwala naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób powstają błyskawice, aby mogli opracować system ochrony.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=9XuAX-L2xxo
Źródło: EPFL School of Engineering / YouTube
– Planujemy przetestować tu system laserowy latem 2020 roku – informuje prof. Rachidi-Haeri.
Nowe urządzenie
Przyrząd przy użyciu silnego lasera ma ściągać pioruny w wyznaczone miejsce. Obok niego umieszczony jest mały piorunochron, skupiający piorun. To chroni laser, a także przenosi prąd na ziemię w miejsce, gdzie nikomu on nie zagraża. W wieży na Säntis pracuje Marcos Rubinstein z Uniwersytetu Nauk Stosowanych Szwajcarii Zachodniej.
„Mierzymy tutaj ładunek elektryczny wyładowań. To jak porażenie prądem osoby, gdy wkłada palec do gniazdka. To jednak pozwala nam dowiedzieć się, w jaki sposób duża część tej energii jest przenoszona z chmur na ziemię” – wyjaśnia Rubinstein.
Technologie laserowe opracowane w trakcie realizacji projektu będą miały wpływ nie tylko na przyszłe rozwiązania odgromowe, ale i na wiele dziedzin technologicznych i naukowych, takich jak zasilanie do szybkich pociągów czy fotografowanie na orbicie, kondensacji wody w atmosferze lub przyspieszania cząstek.
Projekt podzielony jest na pięć pakietów roboczych, z których każdy prowadzony jest przez innego partnera konsorcjum. Projekt trwa cztery lata do końca 2020 roku, zainwestowano w niego blisko 4 miliony euro.