بدأ العلماء في توجيه البرق باستخدام الليزر – وإليك الطريقة

قد يبدو البرق جميلاً ولكنه يقتل آلاف الأشخاص كل عام ، ويلحق أضرارًا جسيمة بالمباني والبنية التحتية ، ويؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي.

الحماية الوحيدة التي نمتلكها هي قضبان الصواعق ، التي تم اختراعها قبل 300 عام وهي تحمي مساحة صغيرة فقط.

يصعب تحديد تكلفة الأضرار الناجمة عن الصواعق التي تلحق بالمباني على مستوى العالم ، لكن مدفوعات شركات التأمين لتغطية إصلاحات المنازل والشركات بلغت نحو ملياري دولار أمريكي (1.6 مليار جنيه إسترليني) في عام 2020 في الولايات المتحدة. تشير بيانات التأمين من المملكة المتحدة إلى أن تكاليف تغطية الصواعق تتزايد.

من المرجح أن تزداد المشكلة سوءًا لأن أزمة المناخ تؤدي إلى زيادة حرائق الغابات في جميع أنحاء العالم ، مما يزيد من ضربات الصواعق. اقترحت دراسة من عام 2014 أن عدد الضربات يزداد بنسبة 12٪ لكل درجة (مئوية) من الاحتباس الحراري.

أظهرت دراسة جديدة أن قضبان الإضاءة لها استخدامات خاصة بها ، لكن العلماء كانوا يبحثون عن طريقة أفضل للتحكم في مكان وقوع الصواعق ، وقد يكون الليزر هو الحل.

كيف فعلوا ذلك

أُجريت هذه التجربة الأخيرة بالقرب من برج اتصالات على جبل سانتيس في سويسرا ، والذي كثيرًا ما يضربه البرق – ما يقرب من 100 مرة في السنة ، على الرغم من أن البرج نفسه محمي بواسطة مانع الصواعق.

ووجدت نتائج الدراسة أن البرق كان يتدفق في خط مستقيم تقريبًا بالقرب من نبضات الليزر ، لكن ضربات الصواعق كانت موزعة بشكل عشوائي عند توقف الليزر.

في حين أن هذه الدراسة ليست المحاولة الأولى لتوجيه مسارات البرق ، إلا أنها أول من يوضح إمكانية القيام بذلك. وقد أرجع العلماء ذلك إلى الليزر عالي الطاقة الذي استخدموه والارتفاع الشاهق. في المرتفعات العالية يكون الهواء أقل كثافة. هذا يجعل من السهل مرور التيار ، مما يعني أن التجارب المستقبلية على مستوى سطح البحر ستتطلب ليزرًا أكثر قوة.

لفهم كيفية استخدام العلماء للضوء لتغيير مسار الكهرباء ، عليك أن تفهم ما هو البرق في الواقع: تدفق الجسيمات المشحونة من موقع إلى آخر. تكون الجسيمات في السحب في الغالب متعادلة كهربائيًا عندما تتشكل ولكنها تتراكم شحنة موجبة وسالبة. تريد السحابة أن تصبح محايدة من خلال تبادل الشحنة مع الأرض.

نوع الإضاءة المألوف لدى معظم الناس هو الضربات الخشنة للضوء الساطع المرئي بين الأرض والغيوم ، ولكن هناك أنواع أخرى. يمكن أن ينتقل البرق بين السحب. يمكن أن ينتقل أيضًا من السحب إلى أعلى باتجاه الغلاف الجوي العلوي. يمكن أن ينتج عن ذلك سلاسل من الوهج الجوي الأحمر حيث ترتفع درجة حرارة الغلاف الجوي الرقيق. ثم يتم إطلاق هذه الطاقة الحرارية على شكل ضوء.

عندما تتراكم الشحنات في السحابة ، تصل إلى الفولتية العالية بشكل لا يصدق (ما يعادل تقريبًا 8 ملايين بطارية سيارة متصلة ببعضها البعض) مما يؤدي إلى تمزيق مسار عبر الهواء. يبلغ التيار الكهربائي المطلوب لفصل مكونات الهواء عن بعضها بشكل عام حوالي 300 مليون فولت لكل متر مربع.

تسمح قوة الدفع لهذا الجهد الهائل في الهواء المشحون كهربائيًا (المتأين) بتدفق الشحنة من السحابة إلى الأسفل وتفريغها في الأرض أو المباني المجاورة. سيتبع تدفق التيار هذا المسار الأكثر موصلة للكهرباء.

هذا هو السبب في أن قضبان الصواعق تستخدم أحيانًا لحماية المباني من الصواعق. المعدن موصل للكهرباء أكثر من الهواء ، لذا إذا وضعت قضيبًا كبيرًا في الأرض ، فسيكون للصواعق مسار أسهل من المرور عبر الهواء. يمكن أن تحمي فقط مساحة صغيرة ، على الرغم من ذلك.

يعتقد العديد من الباحثين أن بعض العواصف الرعدية يمكن أن تكون ناجمة عن الأشعة الكونية (جسيمات عالية الطاقة من خارج النظام الشمسي). تمر هذه الجسيمات عبر الغلاف الجوي وتتفاعل مع الهواء لتكوين مسار مؤين من خلال اتجاه انتقالها. هذه نظرية قسمت الباحثين حول ما إذا كانت تؤثر على عدد ضربات البرق حول العالم.

استخدم العلماء ليزرًا قويًا لمحاولة إنشاء مسارات مؤينة بطريقة مشابهة لنظرية الأشعة الكونية. إطلاق نبضات نشطة بسرعة (1000 مرة في الثانية) باستخدام الليزر يسخن الهواء ويؤينه ، ويصبح موصلاً لفترة وجيزة. سيكون لضربة الصواعق مقاومة أقل على طول هذا المسار وبالتالي ستكون أكثر ميلًا للتدفق بهذه الطريقة.

إذا تم إتقان هذه التكنولوجيا ، فقد تساعد يومًا ما في حماية البنية التحتية مثل المطارات ومحطات الطاقة النووية. يمكن استخدامه بشكل أكثر تقدمًا لحماية المنازل باستخدام الليزر على مسافة آمنة. ومع ذلك ، فمن غير المرجح أن يتم طرحه بالقرب منك في أي وقت قريب ، إذا لم يكن هناك سبب آخر غير تكاليف الطاقة.