للمرة الأولى... علماء يستخدمون أشعة الليزر لتوجيه الصواعق

في سابقة هي الأولى من نوعها، أثبت العلماء أن بوسع شعاع ليزر قوي موجه إلى السماء أن يخلق "مانعاً افتراضياً" من شأنه تحويل مسار الصواعق.

ومن المحتمل أن تقود الدراسة التي نشرت الإثنين الماضي في مجلة "نايتشور فوتونيكس" Nature Photonics إلى تحسين طرق الحماية من الصواعق للبنى التحتية الحساسة، على غرار محطات الطاقة والمطارات ومنصات إطلاق الصواريخ.

وحتى اليوم يعتبر مانع الصواعق "فرانكلين" Franklin rod الجهاز الأكثر شيوعاً للحماية من الصواعق، وهو عبارة عن قطب معدني موصل كهربائياً يوضع على أسطح المباني وسواها من البنى التحتية، ويقوم باعتراض أضرار البرق ويقودها بأمان نحو الأرض، بحسب ما شرح العلماء بمن فيهم من المدرسة متعددة التقانات في فرنسا،Ecole Polytechnique. 

وفي الدراسة الجديدة أظهر العلماء أنه بوسع شعاع ليزر قوي موجه إلى السماء أن يلعب دور مانع صواعق افتراضي ومتحرك، ويقدم بديلاً عن مانع الصواعق التقليدي.

وفي حين أظهرت التجارب المخبرية السابقة بأن نبضات الليزر الكثيفة بوسعها أن توجه الصواعق، يقول الباحثون إنه لم يسبق لأية دراسات على الأرض أن أثبتت توجيه الصواعق باستخدام أشعة ليزر قوية.

ولاختبار هذا الأمر قام العلماء بمن فيهم أوريليان هوارد من المدرسة متعددة التقانات بإجراء اختبارات خلال صيف العام 2021 في جبل سانتيس شمال شرقي سويسرا، ولأجل ذلك تم تركيب جهاز ليزر يدعى "مانع الصواعق بالليزر" (LLR) وهو بحجم السيارة وبوسعه أن يطلق حتى 1000 نبض في الثانية بالقرب من برج اتصالات تضربه الصواعق حوالى 100 مرة سنوياً.

وبحسب العلماء ينتج الجهاز قنوات من الهواء "المؤين" ionised مع الجسيمات المشحونة التي يمكن استخدامها لتوجيه البرق على طول شعاعها، وبرفع الجهاز أعلى من مانع الصواعق التقليدي، يقول العلماء إنه بوسعه أن يزيد ارتفاعه افتراضياً وكذلك مساحة الرقعة التي يحميها.

وفي هذا السياق قال جان بيار وولف، المؤلف المشارك للدراسة في بيان إنه "عندما يتم إطلاق نبضات ليزر شديدة القوة في الجو تتشكل خيوط من الضوء الشديد داخل الشعاع، وتسهم هذه الخيوط في تأيين جزيئات النيتروجين والأوكسجين في الجو مما يطلق بعدها الإلكترونات التي تتحرك بحرية، ويصبح هذا الهواء المؤين الذي يطلق عليه اسم ’بلازما‘ موصلاً كهربائياً".

ثم قارن العلماء البيانات التي تم جمعها عندما أنتجت خيوط الليزر فوق البرج، وكذلك عندما يضرب البرج طبيعياً بالبرق، فلاحظوا أن الليزر يمكن أن يحول مسار أربع شحنات صاعقة خلال أكثر من ست ساعات من التشغيل أثناء العاصفة الرعدية.

كما تم تأكيد النتائج باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية الناتجة من البرق لتحديد موقع الصواعق.

وتمكن الباحثون أيضاً من تسجيل إحدى الصواعق باستخدام كاميرات عالية السرعة كشفت أن الصاعقة تبعت مسار الليزر لأكثر من 50 متراً.

وشرح الدكتور وولف قائلاً "بدءاً من أول صاعقة باستخدام الليزر وجدنا أن بوسع الشحنة أن تتبع الشعاع لما يقارب 60 متراً قبل بلوغ البرج، مما يعني بأن الليزر زاد نصف قطر سطح الحماية من 120 متراً (390 قدماً) إلى 180 متراً (590 قدماً)".

وانطلاقاً من النتائج يقول العلماء إن ما توصلوا إليه يعمل على توسيع الفهم الحالي لفيزياء الليزر في الغلاف الجوي، وقالوا إن نتائج الدراسة قد تساعد في تطوير الاستراتيجيات الجديدة للحماية من الصواعق.