Wissenschaftler lenken erstmals Blitze mit Laserstrahlen

Jun 29, 2023

Blitzableiter werden seit Jahrhunderten zur Lenkung von Blitzeinschlägen eingesetzt, doch nun haben Wissenschaftler etwas etwas Fortgeschritteneres als einen einfachen Metallstab demonstriert. Es zeigte sich, dass das Strahlen eines Hochleistungslasers in den Himmel Blitze ablenkt, was zu Laserblitzableitern führen könnte, die ein größeres Gebiet vor gefährlichen Einschlägen schützen.

Blitze sind eines der energiereichsten Naturereignisse, da sie in Sekundenbruchteilen Millionen Volt freisetzen. Das kann natürlich zerstörerisch sein, Gebäude beschädigen, den Strom ausschalten, Brände auslösen und zu Verletzungen und Todesfällen führen.

Unser bester Schutz gegen Blitzeinschläge ist seit Jahrhunderten der Blitzableiter, ein einfacher Metallstab, der an hohen Gebäuden befestigt ist und den Strom anzieht und sicher zum Boden leitet. Ihre Reichweite ist jedoch begrenzt – ein 10 m langer Blitzableiter kann einen Bereich von nur 10 m um sich herum schützen. Um ein so großes Gebäude wie einen Flughafen oder einen Windpark zu schützen, wären unrealistisch große Blitzableiter erforderlich.

Jetzt haben Forscher in Europa ein wirksameres neues System demonstriert. Beim Laser Lightning Rod (LLR) wird, wie der Name schon sagt, während eines Sturms ein Laser in die Wolken gestrahlt, um einen Weg mit dem geringsten Widerstand für den Stromfluss zu bahnen. Und es kann viel weiter reichen als ein Blitzableiter.

„Wenn sehr leistungsstarke Laserpulse in die Atmosphäre emittiert werden, bilden sich im Inneren des Strahls Filamente aus sehr intensivem Licht“, sagte Jean-Pierre Wolf, letzter Autor der Studie. „Diese Filamente ionisieren die in der Luft vorhandenen Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle, die dann freie Elektronen zur Bewegung freisetzen. Diese ionisierte Luft, „Plasma“ genannt, wird zu einem elektrischen Leiter.“

Um das Konzept zu demonstrieren, entwickelten die Wissenschaftler ein neues Lasersystem mit einer durchschnittlichen Leistung von 1 kW, das etwa 1.000 Mal pro Sekunde pulsiert und dabei pro Puls ein Joule Energie freisetzt. Diese wurde auf dem Gipfel des Säntis in den Schweizer Alpen in der Nähe eines Turms errichtet, der jedes Jahr etwa 100 Blitze einschlägt.

Zwischen Juni und September 2021 testete das Team das System während Stürmen, die über das Gebiet fegten. Der Laser wurde nahe der Turmspitze in den Himmel gestrahlt, um zu versuchen, den Blitz zum Strahl zu locken, bevor er den regulären Blitzableiter des Turms erreichte. Während dieses Sommers trafen vier Blitze den Turm, während der Laser eingeschaltet war, und tatsächlich verbogen sie den Bolzen.

„Wir haben beim ersten Laserblitzereignis festgestellt, dass die Entladung dem Strahl fast 60 m (197 Fuß) folgen konnte, bevor sie den Turm erreichte, wodurch sich der Radius der Schutzfläche von 120 m auf 180 m (394 auf 590 Fuß) vergrößerte )“, sagte Wolf.

Die Idee, Laser als Blitzableiter einzusetzen, gibt es schon seit langem und hat sich in Laborexperimenten als vielversprechend erwiesen, aber das Team sagt, dass dies das erste Mal ist, dass sie in der realen Welt demonstriert wird. Andere Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass Graphen-Traktorstrahlen diese Aufgabe noch besser erfüllen könnten, aber das würde komplexere Aufbauten erfordern.

Das letztendliche Ziel des LLR-Projekts besteht darin, mithilfe eines Lasers den Einfluss eines 10 m langen Blitzableiters um 500 m (1.640 ft) zu erweitern, sagt das Team.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Photonics veröffentlicht. Das Team beschreibt die Arbeit im Video unten.

Quelle: UNIGE