Senhores do relâmpago: cientistas pela primeira vez enviaram um raio através de um raio laser

Há mais de 200 anos, os pára-raios servem como proteção contra descargas atmosféricas – pinos metálicos altamente elevados com aterramento, que assumem a descarga e garantem que ela escoe para o solo. Uma desvantagem significativa dos pára-raios é o raio limitado de “captura” de raios. Para proteger grandes áreas, é necessária uma floresta de pára-raios, então, com a invenção dos lasers, surgiu a ideia de direcionar a descarga de um raio ao longo de um feixe de laser. Mas a implementação não funcionou antes.

Fonte da imagem: Unige

Pela primeira vez, um experimento com exposição a laser a nuvens de trovoada foi realizado em 1999. O experimento foi apenas parcialmente bem-sucedido, permitindo que três lasers em modo pulsado com energias de quilojoule acendessem uma descarga de 2 metros no céu, mas não mais. O experimento mais sério foi realizado há apenas um ano, quando uma equipe internacional de cientistas começou a testar um poderoso laser para proteger contra as descargas de uma torre de telecomunicações no topo do Monte Sentis, no nordeste da Suíça.

Um grupo de físicos da Alemanha, EUA, França e Suíça, liderados por Aurélien Houard da Ecole Polytechnique de Paris, de 21 de julho a 30 de setembro disparou pulsos de laser sobre a torre durante momentos de atividade de trovoada no distrito. A torre tem seu próprio para-raios de metal, e o raio laser, por assim dizer, serviu como sua continuação, embora não houvesse contato direto entre o feixe e o para-raios – ele passou pelo para-raios e foi para o céu.

Durante as observações, que os cientistas compartilharam no artigo, parte das quais está disponível no link, um raio atingiu a torre 16 vezes, das quais quatro foram provocadas por um laser. É difícil reconhecer isso como um sucesso, mas como prova do desempenho da abordagem, é bastante.

Acima – relâmpago controlado por laser, abaixo – não gerenciado

No processo de observação de descargas atmosféricas sem e com a ajuda de um laser, os físicos coletaram dados suficientes para determinar a direção futura da pesquisa. Por exemplo, a maioria dos relâmpagos na torre acabou sendo com a transferência de uma carga negativa para o solo (84%), enquanto todas as descargas estimuladas pelo laser acabaram sendo positivas (de acordo com as estatísticas, houve 11% dessas descargas entre todas observadas). Outros 5% das descargas foram bipolares.

Os cientistas atribuíram seu sucesso ao fato de usarem um laser com alta taxa de repetição de pulso. A alta taxa de repetição permitiu que os elétrons livres, nocauteados durante a ionização da atmosfera pelo feixe, fossem capturados pelas moléculas de oxigênio e se acumulassem, o que manteve o canal de transmissão da descarga um pouco mais longo e contribuiu para o fluxo de energia do raio ao longo do feixe até a transição para o pára-raios e mais para o solo.

Fonte da imagem: Aurelien Houard et al. / arXiv, 2022

Todos os anos, os relâmpagos matam milhares de pessoas na Terra e causam danos à economia global, estimados em vários bilhões de dólares. A proteção a laser contra raios arbitrários custará um bom centavo, assim como seu fornecimento de eletricidade, mas valerá a pena, os cientistas têm certeza.