Rychlopalný laser odvádí údery blesku
Větru a dešti zřejmě nikdy neporučíme, ale u jiného živlu, resp. přírodního úkazu, se to už vědcům podařilo. Švýcarští výzkumníci poprvé řídili a odvrátili blesky pomocí laserů, nastínili tak nové možnosti ochrany budov i jejich obyvatel.
Blesky jsou obrovské elektrické výboje, které obvykle jiskří přes dvě až tři míle (3,2–4,8 km), přičemž jimi přenášený elektrický náboj je tak intenzivní, že dosahuje teplotu 30 000 °C, což je asi pětkrát více než na povrchu Slunce.
Každý rok zasáhne Zemi více než miliarda takovýchto výbojů, které mají za následek tisíce mrtvých, desetkrát více zranění a škody, které jdou do desítek miliard dolarů. To vedlo k úsilí najít účinné řešení, jak se před nimi chránit.
Tradiční bleskosvody, které pocházejí od Benjamina Franklina, jenž pronásledoval bouřky na koni, než přišel se svým slavným pokusem s drakem v roce 1752, jsou k dispozici již celá staletí. A i když se osvědčily jako velmi účinné, mají jednu velkou nevýhodu – omezený dosah působnosti. Proto vědci hledali i jiné způsoby, jak chránit budovy a předměty před škodlivými údery.
„Kovové tyče se používají jako obrana před blesky téměř všude, ale oblast, kterou mohou chránit, je omezena na několik metrů nebo nejvýše desítky metrů. Chtěli jsme ukázat, že laser může mít vliv na blesky a je možné je řídit. Pokud budeme mít v laseru dostatek energie, je šance rozšířit tuto ochranu až na několik set metrů,“ uvedl v rozhovoru pro The Guardian Aurélien Houard, fyzik z laboratoře aplikované optiky École Polytechnique v Palaiseau, jehož tým pozoruhodný experiment realizoval.
Laserová střelba do mraků
Ve studii publikované v časopise Nature Photonics výzkumníci popisují, jak postavili technologický demonstrátor Laser Lightning Rod s průměrným výkonem 1 kW na vrcholu hory Säntis (2504 m n. m.), nejvyššího vrcholku Appenzellských Alp v severovýchodním Švýcarsku poblíž 124 m vysoké telekomunikační věže, do níž obvykle udeří blesk asi 100krát za rok.
Vědci v létě loňského roku čekali, až se nad věží shromáždí bouře. Poté vysílali na bouřkové mraky po dobu více než šesti hodin rychlé pulzy z vysoce výkonného laseru rychlostí zhruba 1000 světelných pulzů za sekundu, přičemž každý pulz nese energii asi 1 J.
K zaostření laserového paprsku na maximální intenzitu v 150metrové výšce – těsně nad 124metrovou věží – byl použit dalekohled. Přístroje nastavené pro záznam úderů blesku ukázaly, že v experimentu laser odklonil průběh čtyř vzestupných výbojů blesku. Ale jen u jednoho úderu se podařilo za dostatečně jasných podmínek zaznamenat dráhu blesku ze dvou směrů pomocí vysokorychlostních kamer několik kilometrů daleko. Záběry ukázaly, že blesk sledoval dráhu laseru asi 50 m (ca 60 m nad vrcholkem věže s hromosvodem, čímž se zvětšila oblast chráněná před blesky z původních 124 m na 184 m). To naznačuje, že pulsy pomohly řídit zásah. Cílem projektu Laser Lightning Rod je dosáhnout s laserovým hromosvodem do výšky 500 metrů.
Laser odvádí blesky tím, že vytváří snazší cestu pro proudění elektrického výboje. Když laserové pulsy vystřelí na oblohu, změna indexu lomu vzduchu způsobí, že ionizují okolní molekuly vzduchu, což vede k jejich rychlému zahřívání a akceleraci až na nadzvukovou rychlost, kdy zanechávají po dobu v řádu milisekund kanály s nízkou hustotou ionizovaného vzduchu. Tyto kanály, jsou elektricky vodivější než okolní vzduch, a tak tvoří snazší cestu, kterou může blesk následovat.
Hi-tech hromosvody budoucnosti?
Jak konstatoval Aurélien Houard, výkonnější lasery, které pracují na různých vlnových délkách, by mohly vést blesk na delší vzdálenosti, nebo dokonce spustit blesk dříve, než se stane hrozbou a vyhnout se tomu, aby udeřil někam jinam, kde není možné jej ovlivňovat.
„Náklady na laserový systém jsou samozřejmě velmi vysoké ve srovnání s cenou jednoduché tyče, nicméně lasery by mohly být spolehlivějším způsobem, jak nasměrovat výboj blesku v případech, kdy je to zvlášť naléhavé, a to může být důležité pro ochranu kritických pozemních instalací a zařízení před bleskem," řekl profesor Manu Haddad, ředitel Morgan-Botti Lightning Laboratory na Cardiffské univerzitě.
To by mohlo mít význam např. při ochraně letišť, odpalovacích ramp, vysokých objektů významných budov, továren apod. Laser je ale dostatečně výkonný, aby představoval riziko pro oči přelétajících pilotů, proto by během experimentů byl letecký provoz nad testovacím místem uzavřen. Vědci se však domnívají, že tato technologie by mohla být přesto užitečná, protože startovací rampy a letiště mají často vyhrazené oblasti, kde platí omezení zákazu letu.
Vladimír Kaláb
Foto: Trumpf/MartinStollberg, UNIGE, Nature Photonics, USAF/Kristin Nielsen
103
