اختراق علمي جديد ..علماء ينجحون في تشتيت الصواعق الجوية بالليزر الضخم

دبي، الإمارات العربية المتحدة (CNN)— نجح العلماء في إقامة مانع صواعق افتراضي، باستخدام ليزر كبير وقوي، من فوق جبل في سويسرا، والذي تمكن من تحويل مسار ضربات الصواعق الجوية.

ولم تتغير تقنية انحراف الصواعق كثيرا منذ أن اخترع بن فرانكلين مانع الصواعق في عام 1752. ويعتبر مانع صواعق فرانكلين Franklin rod الجهاز الأكثر شيوعا للحماية من الصواعق، وهو عبارة عن قطب معدني موصل كهربائيا، يوضع على أسطح المباني وغيرها، ويقوم باعتراض ضربات البرق ويقودها بأمان نحو الأرض.

لكن منطقة الحماية التي توفرها قضبان فرانكلين لمنع الصواعق تتناسب مع ارتفاعها، حيث يحمي قضيب الصواعق بارتفاع 10 أمتار (32.8 قدما) منطقة نصف قطرها 10 أمتار.

ونظرًا لأن ارتفاع قضبان الصواعق ليس بلا حدود، فإن الأماكن العريضة مثل المطارات ومنصات الإطلاق ومحطات الطاقة ومزارع الرياح ومحطات الطاقة النووية تشكل تحديا.

ويتسبب البرق في وفاة حوالي 24 ألف شخص سنويا، ويمكن أن يتسبب في انقطاع التيار الكهربائي وحرائق الغابات وتدمير البنية التحتية، بحسب دراسة تفصيلية نُشرت في مجلة Nature Photonics، الإثنين.

وقرر العلماء اختبار ما إذا كان شعاع الليزر الموجه إلى السماء يمكن أن يكون بمثابة قضيب برق افتراضي كبير ومتحرك، ودعمت الأبحاث السابقة فكرة أن نبضات الليزر يمكن أن تؤثر على مسار ضربات الصواعق، لكن ذلك تم تنفيذه فقط داخل المختبر.

وتم تركيب ليزر بحجم سيارة كبيرة بالقرب من برج اتصالات على قمة جبل سانتيس في شمال شرق سويسرا، حيث تضرب الصواعق البرج حوالي 100 مرة سنوياً.

وقام الباحثون بتنشيط الليزر في صيف عام 2021 لمدة أكثر من ست ساعات عبر أحداث العواصف الرعدية خلال الفترة من يونيو/حزيران وسبتمبر/ أيلول. وتمكن Lightning Rod Laser، حسب ما يسميه التحالف الأوروبي الذي صنعه، من تحويل أربع ضربات صاعقة.

وسجلت الكاميرات عالية السرعة تلك الضربات، وتم أخذ ملاحظات أخرى باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية عالية التردد الناتجة عن البرق بالإضافة إلى حزم الأشعة السينية المرتبطة بالضربات.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة جان بيير وولف، أستاذ الفيزياء التطبيقية بجامعة جنيف في بيان: "عندما تنبعث نبضات ليزر عالية الطاقة في الغلاف الجوي، تتشكل خيوط من ضوء شديد للغاية داخل الحزمة".

وتعمل هذه الخيوط على تأيين جزيئات النيتروجين والأكسجين في الهواء، والتي تطلق بعد ذلك إلكترونات حرة الحركة، وهذا الهواء المتأين ionised air، المسمى بالبلازما، يصبح موصلا كهربائيا.

وساعدت قنوات الليزر للجسيمات النشطة، في توجيه ضربات الصواعق على طول شعاع الليزر الذي كان بإمكانه إطلاق حوالي 1000 نبضة في الثانية.

ويبلغ وزن Laser Lightning Rod أكثر من 3 أطنان، بينما يبلغ عرضه 1.5 متر (4.9 قدما) وطوله 8 أمتار (26.2 قدما).

وتم اختبار الجهاز على ارتفاع 2502 مترا (8208 قدمًا) فوق جبل سانتيس، وتم تصميمه بواسطة أشعة الليزر العلمية TRUMPF ومقرها ميونيخ بألمانيا للعمل حتى في ظل الظروف الجوية الصعبة، مثل الضباب الذي غالبا ما ينجرف حول قمة الجبل.

وفي كل مرة مع توقع نشاط العاصفة حول الجبل أثناء التجربة، كان يتم إغلاق المنطقة أمام الحركة الجوية.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة أوريلين هوارد، عالم الأبحاث في Laboratoire d'Optique Appliquée، في بيان: "كان الهدف هو معرفة ما إذا كان هناك اختلاف مع الليزر أو بدونه، قارنا البيانات التي تم جمعها عندما تم إنتاج فتيل الليزر فوق البرج وعندما ضرب البرق البرج بشكل طبيعي". وعمل فريق البحث لمدة عام تقريبا لتحليل البيانات التي تم جمعها أثناء التجربة.

وأضاف وولف: "بدءا من أول صاعقة باستخدام الليزر وجدنا أن بإمكان الشحنة أن تتبع الشعاع لما يقارب من 60 متراً قبل بلوغ البرج، مما يعني أن الليزر زاد نصف قطر سطح الحماية من 120 متراً (390 قدما) إلى 180 مترا (590 قدما)".

وبعد ذلك، يسعى فريق البحث لزيادة قدرة الليزر من خلال توسيع نطاق وصوله والمساحة التي يحميها، على أمل أن يتم استخدامه يومًا ما كبديل تقليدي لقضيب الصواعق في مناطق واسعة.