LASER POWSTRZYMA PIORUNY

Rozmowa z dr. Kamilem Stelmaszczykiem pracującym w Instytucie Fizyki Eksperymentalnej Wolnego Uniwersytetu Berlina, absolwentem Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Po co strzelać laserem w chmury?

- W tym samym celu, dla którego Benjamin Franklin puszczał podczas burzy latawce. Chodzi o to, żeby chmury rozładować. W eksperymencie Franklina ładunki elektryczne spływały po wilgotnym sznurze do ziemi. My udowodniliśmy, że mogą spływać wzdłuż włókien plazmowych.

Co to za włókna?

- Promień silnego lasera w specyficzny sposób przemienia powietrze, przez które przelatuje. Tworzą się włókna plazmowe, w których są swobodne nośniki prądu, podobnie jak w mokrym sznurze są rozpuszczone w wodzie jony.

Parasol zwiększa ryzyko
PRAWDA. Samotna osoba na otwartej przestrzeni, która niesie parasol lub z plecaka wystają jej np. kijki trekkingowe, jest bardziej narażona na porażenie niż osoba, która kucnęła.

Czyli laser może służyć za coś w rodzaju aktywnego piorunochronu? Zamiast czekać aż burzowa chmura zaatakuje, wy atakujecie ją pierwsi?

- Tak. Dziś ludzie chronią się przed piorunami tak jak 300 lat temu, w czasach Franklina. Wciąż stosowane są piorunochrony w postaci zwykłych prętów, umieszczane na wysokich obiektach. Takie piorunochrony, ze względu na swój pasywny charakter, czasem zawodzą. Możliwość aktywnego rozładowywania naelektryzowanych chmur została zademonstrowana jak dotąd jedynie za pomocą cienkich drutów, mocowanych do rakiet wystrzeliwanych w trakcie burzy. Metoda ta jest jednak bardzo nieefektywna ze względu na ograniczoną liczbę rakiet i częstotliwość ich wystrzeliwania. Nasz sposób pozbawiony będzie tej wady.

Jakiego sprzętu używacie?

- Razem z najlepszymi specjalistami techniki laserowej w Europie skonstruowaliśmy jedyny w swoim rodzaju laser Teramobile. Wytwarzane przez niego impulsy świetlne mają moc chwilową 4 TW, co odpowiada mocy 1000 dużych elektrowni! W tak silnym impulsie tworzy się kilkadziesiąt włókien plazmowych, każde z nich jest zdolne przewodzić prąd i przyczynić się do inicjacji wyładowania. W odróżnieniu od wiązki laserowej małej mocy, w której plazma tworzy się jedynie po silnym zogniskowaniu, tu włókna plazmowe są długie nawet na kilkaset metrów. Taka mogłaby być długość „laserowego piorunochronu”. Teramobile jest jedynym na świecie mobilnym układem laserowym, pozwalającym wytwarzać impulsy świetlne o tak dużej mocy. Może być łatwo przewożony statkiem lub samolotem transportowym. Od wspomnianych rakiet tym się różni, że strzela z dużo większą częstotliwością – 10 razy na sekundę, zwiększając tym samym prawdopodobieństwo zainicjowania wyładowań.

Piorun nie uderza dwa razy w to samo miejsce
FAŁSZ. Do wyładowania może dojść w tym samym miejscu – udowodniły to wypadki na Giewoncie; pioruny uderzały też wielokrotnie w Empire State Building, maszty i kominy fabryczne. Wszystko zależy od wielkości i układu nagromadzonych ładunków oraz oporu elektrycznego pomiędzy chmurą a powierzchnią ziemi.

Jak zaawansowane są prace?

Przeprowadziliśmy już pierwsze eksperymenty w warunkach laboratoryjnych. Udało się w ich toku uzyskać wyładowania wzdłuż wiązki lasera o długości kilku metrów. Przeprowadziliśmy też eksperymenty w naturze – w Langmuir Laboratory For Atmospheric Research w Nowym Meksyku w USA, ale skończyły się one tylko połowicznym sukcesem: piorunów nie uzyskaliśmy, ale byliśmy tego bliscy. Tak przynajmniej sądzimy.

Skąd to wiecie?

Z każdym wyładowaniem elektrycznym w chmurze związana jest emisja fal radiowych. W Langmuir Lab są zainstalowane czułe anteny, dzięki którym wychwyciliśmy tego typu fale. Analiza sygnałów pozwoliła ustalić, że przy włączonym laserze częstotliwość emisji fal radiowych odpowiada częstotliwości wysyłania impulsów laserowych, czyli wynosi 10 Hz. Myślimy więc, że udało się nam wytworzyć w chmurze burzowej sytuację typową dla momentu poprzedzającego powstanie pioruna, kiedy tworzą się w niej tzw. streamery. Są one prekursorami piorunów i w silnym polu elektrycznym mogą przekształcić się w leadery, a po dotarciu do ziemi w pioruny. Efekt działania włókien plazmowych można porównać do obserwowanych przez marynarzy ogni świętego Elma, powstających przed burzą na szczytach metalowych masztów statków.

Podczas burzy lepiej zdjąć biżuterię
PRAWDA. Niektórzy uważają, że metalowe przedmioty mają zdolności magnetyczne i „przyciągają” pioruny. Niezależnie od tego u porażonych najdotkliwsze poparzenia pojawiają się w miejscach, w których skóra styka się z metalowymi przedmiotami – łańcuszkami, zegarkami itp. Pozostaną potem blizny w tym kształcie.

Jakie zastosowanie mogą mieć w przyszłości laserowe piorunochrony?

Oczywiście mogą służyć do ochrony przed zgubnymi skutkami uderzeń piorunów. W USA straty przez nie spowodowane przekraczają rocznie 300 mln USD, a poszkodowanych jest ok. 500 osób, co piąta umiera. Można by też chronić szczególnie istotne obiekty, jak elektrownie atomowe, energetyczne stacje przesyłowe czy rafinerie, w których pożar wiąże się ze szczególnym zagrożeniem. W trakcie burzy laser strzelałby do chmur i rozładowywałby je, zanim osiągałyby zdolność do naturalnego wyładowania. Można by w ten sposób chronić startujące i lądujące samoloty lub prewencyjnie ustawiać lasery w pobliżu stadionów i miejsc, gdzie gromadzi się sporo osób. Ale to pewnie jeszcze odległa przyszłość. Na razie pracujemy nad tym, by udowodnić, że laserowe piorunochrony są w ogóle możliwe.