Wyładowania atmosferyczne są działaniem powszechnym, choć najczęściej kojarzą się tylko z burzami. Na podstawie danych satelitarnych szacuje się, że łączna częstotliwość wyładowań atmosferycznych na całym świecie – w tym z chmur do ziemi – wynosi od 40 do 120 na sekundę. Stanowią one poważne zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi oraz budynków i urządzeń elektronicznych.

Uderzenie pioruna wiąże się z wyzwoleniem dużej ilości energii. Częściowo rozprasza się ona w powietrzu w postaci ciepła, błysku i grzmotu, reszta zostaje rozładowana w punkcie uderzenia łuku elektrycznego w powierzchnię ziemi. Wyładowanie takie może być niebezpieczne dla znajdujących się w pobliżu ludzi oraz urządzeń. W minionych latach na terenie Polski średnio odnotowywano dwa uderzenia pioruna na 1 km kw. terenu w skali roku. Zdarzały się ofiary śmiertelne.

Obecnie podstawową ochroną przed wyładowaniami atmosferycznymi jest piorunochron, zwany też odgromnikiem. Jest to XVIII-wieczny wynalazek amerykańskiego naukowca i polityka Benjamina Franklina. Pierwszy piorunochron zainstalowano latem 1752 roku w Filadelfii. Przez ponad 270 lat konstrukcja piorunochronu nie uległa zmianie. Działanie odgromnika jest proste: umieszczane na szczycie konstrukcji piorunochrony przyciągają błyskawice i poprzez metalowe przewody kierują prąd do ziemi. Skuteczność tych urządzeń jest jednak ograniczona. Tradycyjny piorunochron o wysokości dziesięciu metrów chroni teren w promieniu około dziesięciu metrów.

Po latach badań i prób naukowcy okiełznali błyskawicę za pomocą laserów. Na górze Säntis w północno-wschodniej Szwajcarii podczas burzy wystrzelono w niebo promienie światła laserowego, które skierowały błyskawicę na odległość 50 metrów.

"Pomysł polega na tym, żeby metalowy piorunochron zastąpić laserem, który stanowi coś w rodzaju dłuższego, wirtualnego pręta. Może on być skierowany w takim kierunku, w jakim tego potrzebujemy, i od czasu do czasu włączany i wyłączany" - wyjaśnia na łamach Wall Street Journal fizyk i współautor pracy, Jean-Pierre Wolf z Uniwersytetu Genewy.

Nowe doświadczenie może oznaczać, że w przyszłości lasery będą chronić przed skutkami piorunów bardziej rozległą infrastrukturę, np. lotniska, hale sportowe, bazy wojskowe, fabryki i elektrownie.

Jedną z cech tradycyjnego piorunochronu jest niski koszt jego wytworzenia i instalacji. W Polsce instalacja odgromowa dla domu jednorodzinnego kosztuje ok. 5000 zł. Laser będzie skuteczniejszą lecz znacznie droższą ochroną przed piorunami, dlatego przewiduje się go głównie do ochrony infrastruktury krytycznej i strategicznej.

„Laser ma znacznie wyższy koszt niż piorunochron. Kosztował ponad dwa miliardy dolarów i nie zostanie skomercjalizowany przez co najmniej dekadę” - powiedział w rozmowie z "Wall Street Journal" fizyk z École Polytechnique (Francja) Aurélien Houard. Jest on pierwszym autorem publikacji dotyczącej zastosowania lasera.

Chociaż ta dziedzina badań jest aktywna od ponad 20 lat - jest to pierwszy wynik terenowy, który eksperymentalnie demonstruje błyskawice kierowane przez lasery. Eksperymenty te otwierają drogę do nowych zastosowań atmosferycznych ultrakrótkich laserów i stanowią ważny krok naprzód w rozwoju laserowej ochrony odgromowej.

"Osiągnięcie jest imponujące, biorąc pod uwagę, że społeczność naukowa ciężko pracowała nad tym przez ponad 20 lat" - powiedział fizyk laserowy z Uniwersytetu Krety w Grecji, Stelios Tzortzakis, cytowany na stronie "Nature News". - "Czas pokaże, czy okaże się użyteczne".

Więcej - w publikacji źródłowej (https://www.nature.com/articles/s41566-022-01139-z). (PAP)

Tomasz Szczerbicki

szt/ zan/