Um poderoso laser pode redirecionar raios

Como um martelo de alta tecnologia de Thor, um poderoso laser pode agarrar um raio e redirecionar seu caminho pelo céu.

Em um experimento no topo de uma montanha, um raio desse tipo dobrou um raio em direção a um para-raios, relataram pesquisadores on-line em 16 de janeiro de Fotônica da Natureza. Os cientistas já usaram lasers para obter eletricidade em laboratório antes, mas esta é a primeira demonstração de que a técnica funciona em tempestades do mundo real e pode algum dia levar a uma melhor proteção contra raios.

A tecnologia anti-raios mais comum de hoje é o clássico para-raios, um poste de metal de metros de comprimento fincado no chão. A condutividade do metal atrai raios que, de outra forma, poderiam atingir prédios ou pessoas próximas, alimentando essa eletricidade com segurança na terra. Mas a área protegida por um pára-raios é limitada pela altura do bastão.

“Se você deseja proteger uma grande infraestrutura, como um aeroporto ou uma plataforma de lançamento de foguetes ou um parque eólico… um físico do Institut Polytechnique de Paris em Palaiseau, França. Um poste de metal tão alto seria impraticável. Mas um laser poderia chegar tão longe, interceptando relâmpagos distantes e conduzindo-os até hastes de metal terrestres.

Houard e seus colegas testaram essa ideia no topo da montanha Säntis, no nordeste da Suíça. Eles montaram um laser de alta potência perto de uma torre de telecomunicações com um pára-raios na ponta que é atingido por um raio cerca de 100 vezes por ano. O laser foi irradiado para o céu por cerca de seis horas no total durante tempestades de julho a setembro de 2021.

Uma imagem de câmera de alta velocidade de um raio emaranhado curvando-se em direção a um para-raios e depois descendo
Em 24 de julho de 2021, o céu razoavelmente claro permitiu que uma câmera de alta velocidade capturasse o momento em que um laser curvou o caminho de um raio entre o céu e um para-raios no topo de uma torre. O raio seguiu a rota do laser por cerca de 50 metros.A. Hora e outros/Fotônica da Natureza 2023

O laser disparou rajadas curtas e intensas de luz infravermelha nas nuvens cerca de 1.000 vezes por segundo. Este trem de pulsos de luz arrancou elétrons das moléculas de ar e tirou algumas moléculas de ar de seu caminho, abrindo um canal de plasma carregado de baixa densidade. Mais ou menos como abrir um caminho na floresta e colocar pavimento, essa combinação de efeitos facilitou o fluxo de corrente elétrica ao longo dessa rota (SN: 3/5/14). Isso criou um caminho de menor resistência para o raio seguir pelo céu.

A equipe de Houard ajustou seu laser para formar esse caminho eletricamente condutor logo acima da ponta da torre. Isso permitiu que o pára-raios da torre interceptasse um raio preso pelo laser antes que ele descesse até o equipamento do laser.

A torre foi atingida por um raio quatro vezes enquanto o laser estava ligado. Um desses ataques aconteceu em um céu bastante claro, permitindo que duas câmeras de alta velocidade capturassem o momento. Essas imagens mostraram relâmpagos descendo das nuvens e seguindo a luz do laser por cerca de 50 metros em direção ao pára-raios da torre.

Para rastrear os caminhos dos três raios que eles não podiam ver, os pesquisadores observaram as ondas de rádio emitidas pelo raio. Essas ondas de rádio mostraram que os três golpes seguiram o caminho do laser muito mais de perto do que outros golpes que aconteceram quando o laser estava desligado. Isso deu a entender que o laser também guiou esses três ataques ao pára-raios.

Esta reconstrução 3D modela um raio capturado por câmeras de alta velocidade em julho de 2021. Ele mostra o momento em que o raio atingiu uma haste de metal no topo de uma torre, seu caminho guiado pelo céu por um poderoso laser.

“É uma conquista real”, diz Howard Milchberg, um físico da Universidade de Maryland em College Park não envolvido no trabalho. “As pessoas vêm tentando fazer isso há muitos anos.” O principal objetivo dos cientistas em dobrar o raio à sua vontade é aumentar a segurança, diz ele. Mas “se essa coisa se tornasse muito, muito eficiente, e a probabilidade de direcionar uma descarga aumentasse muito além do que é agora, poderia até ser útil para carregar as coisas”.

O cientista atmosférico e espacial Robert Holzworth é mais cauteloso ao imaginar as aplicações. “Eles mostraram apenas 50 metros de [guiding] comprimento, e a maioria dos canais de raios tem quilômetros de extensão”, diz Holzworth, da Universidade de Washington em Seattle. Portanto, dimensionar o sistema de laser para ter um alcance útil pode exigir muito trabalho.

O uso de um laser de alta frequência e alta energia pode estender seu alcance, diz Houard. “Este é um primeiro passo em direção a um pára-raios de alcance quilométrico.”

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