Scienziati deviano un fulmine sparando un laser nel cielo / Scientists deflect lightning by shooting a laser into the sky

 Scienziati deviano un fulmine sparando un laser nel cielo / Scientists deflect lightning by shooting a laser into the sky

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un gruppo di scienziati che ha sperimentato i

 laser in cima a una montagna svizzera dove si

 erge una grande torre di telecomunicazioni in

 metallo.

Il fisico Aurélien Houard, del Laboratorio di ottica

 applicata del Centro nazionale francese per la

 ricerca scientifica a Parigi, e colleghi hanno

 resistito a ore di attività temporalesca per verificare

 se un laser potesse allontanare i fulmini dalle

 infrastrutture critiche. La torre delle

 telecomunicazioni viene colpita da un fulmine

 circa 100 volte all’anno. È simile al numero di

 lampi che colpiscono il pianeta Terra o

 scoppiettano tra le nuvole ogni secondo.

 Collettivamente, questi attacchi possono causare

 danni per miliardi di dollari ad aeroporti e rampe di

 lancio, per non parlare delle persone. La nostra

 migliore protezione contro i fulmini è una verga di

 Franklin , nient’altro che una guglia di metallo

 inventata nel 18 ° secolo da Benjamin Franklin,

 che scoprì che i fulmini sono fulmini elettrici a zig-

zag . Quelle aste si collegano a cavi metallici che

 corrono giù dagli edifici e si ancorano alla Terra,

 lavorando per dissipare l’energia dei fulmini.

 Houard e colleghi volevano escogitare un modo

 migliore per proteggersi dai fulmini, combattendo

 l’elettricità con la luce. “Sebbene questo campo di

 ricerca sia stato molto attivo per più di 20 anni,

 questo è il primo risultato sul campo che dimostra

 sperimentalmente un fulmine guidato dai laser”

, scrivono nel loro articolo pubblicato. Con un

 aumento degli eventi meteorologici estremi guidati

 dai cambiamenti climatici sul radar, la protezione

 dai fulmini sta diventando sempre più importante.

 La campagna sperimentale si è svolta nell’estate

 del 2021 dal Säntis nella Svizzera nordorientale.

Brevi e intensi impulsi laser sono stati lanciati

 nelle nuvole durante una serie di temporali e hanno

 deviato con successo quattro scariche di fulmini

 verso l’alto lontano dalla punta della torre. Altri 12

 fulmini hanno colpito la torre durante quei periodi

 di temporale in cui il laser era inattivo. In

 un’occasione, quando il cielo era sufficientemente

 limpido per catturare l’azione su due telecamere ad

 alta velocità separate, è stato registrato un fulmine

 che seguiva il percorso del laser per 50 metri (164

 piedi). I sensori sulla torre delle telecomunicazioni

 hanno anche registrato i campi elettrici ed i raggi X

 generati per rilevare l’attività dei fulmini e

 confermarne il percorso. Mentre i ricercatori

 stanno ancora cercando di capire perché i laser

 hanno funzionato nelle loro prove ma non negli

 esperimenti precedenti, hanno alcune idee. Il laser

 Houard e colleghi hanno utilizzato fuochi fino a

 mille impulsi al secondo, molto più veloci di altri

 laser utilizzati, consentendo al raggio verde di

 intercettare tutti i precursori di fulmini che si

 formano sopra la torre. Ma gli eventi laser

 registrati sembravano solo deviare i lampi positivi,

 che sono prodotti da una nuvola caricata

 positivamente e generano “leader” verso l’alto

 caricati negativamente. Come spiegano Houard e

 colleghi nel loro articolo, il laser inviato verso il

 cielo modifica le proprietà di flessione della luce

 dell’aria, facendo restringere e intensificare

 l’impulso laser fino a quando non inizia a ionizzare

 le molecole d’aria.

Questo processo è chiamato filamentazione . Le

 molecole d’aria vengono rapidamente riscaldate

 lungo il percorso del laser, assorbendone l’energia

, quindi espulse a velocità supersonica. Questo

 lascia dietro di sé canali “di lunga durata” di aria

 meno densa che offrono un percorso per le scariche

 elettriche. “Ad alti tassi di ripetizione del laser,

 queste molecole di ossigeno cariche di lunga

 durata si accumulano, mantenendo una memoria

 del percorso del laser” per il fulmine da seguire,

 scrivono i ricercatori. Scariche elettriche lunghe

 metri erano state guidate dai laser in laboratorio

, ma questa è la prima volta che la tecnica ha

 funzionato durante un temporale. Le condizioni del

 laser sono state regolate in modo che l’inizio del

 comportamento filamentoso iniziasse appena sopra

 la punta della torre. “Questo lavoro apre la strada a

 nuove applicazioni atmosferiche di laser ultracorti

 e rappresenta un importante passo avanti nello

 sviluppo di una protezione dai fulmini basata su

 laser per aeroporti, rampe di lancio o grandi

 infrastrutture”, concludono Houard e colleghi.

ENGLISH

A group of scientists experimenting with lasers atop

 a Swiss mountain where a large metal

 telecommunications tower stands.

Physicist Aurélien Houard, of the French National

 Center for Scientific Research's Applied Optics

 Laboratory in Paris, and colleagues weathered

 hours of thunderstorm activity to test whether a

 laser could ward off lightning strikes from critical

 infrastructure. The telecommunications tower is

 struck by lightning about 100 times a year. It's

 similar to the number of lightning bolts that strike

 planet Earth or crackle through the clouds every

 second. Collectively, these attacks can cause

 billions of dollars in damage to airports and launch

 pads, not to mention people. Our best lightning

 protection is a Franklin rod, nothing more than a

 metal spire invented in the 18th century by

 Benjamin Franklin, who discovered that lightning

 is a zigzagging pattern of electric lightning. Those

 rods connect to metal cables that run down from

 buildings and anchor to the Earth, working to

 dissipate the lightning's energy. Houard and

 colleagues wanted to come up with a better way to

 protect themselves from lightning by fighting the

 electricity with light. “Although this research field

 has been very active for more than 20 years, this is

 the first field result experimentally demonstrating

 laser-guided lightning,” they write in their

 published paper. With an increase in extreme

 weather events driven by climate change on radar,

 lightning protection is becoming increasingly

 important. The test campaign took place in the

 summer of 2021 from Säntis in northeastern

 Switzerland. Short, intense laser pulses were fired

 into the clouds during a series of thunderstorms

 and successfully deflected four bolts of lightning

 upwards away from the tower's tip. Another 12

 lightning bolts struck the tower during those

 thunderstorm periods when the laser was inactive.

 On one occasion, when the sky was clear enough

 to capture the action on two separate high-speed

 cameras, lightning was recorded following the path

 of the laser for 50 meters (164 feet). Sensors on the

 telecommunications tower also recorded the

 electric fields and X-rays generated to detect

 lightning activity and confirm its path, which you

 can see reconstructed in the video below. While the

 researchers are still trying to figure out why the

 lasers worked in their trials but not in previous

 experiments, they have a few ideas. The laser

 Houard and colleagues used fires of up to a

 thousand pulses per second, much faster than other

 lasers used, allowing the green beam to intercept

 any lightning precursors that form above the tower.

 But the recorded laser events only seemed to

 deflect positive flashes, which are produced by a

 positively charged cloud and generate upward

 negatively charged "leaders." As Houard and

 colleagues explain in their paper, the laser sent

 skyward changes the light bending properties of

 air, causing the laser pulse to narrow and intensify

 until it begins to ionize air molecules.

This process is called filamentation. Air molecules

 are rapidly heated in the path of the laser,

 absorbing its energy, then ejected at supersonic

 speed. This leaves behind "long-lasting" channels

 of less dense air that provide a path for electrical

 discharges. "At high laser repetition rates, these

 long-lived charged oxygen molecules accumulate,

 maintaining a memory of the laser's path" for the

 lightning to follow, the researchers write. Meter

-long bolts of electricity had been guided by lasers

 in the lab, but this is the first time the technique

 has worked during a thunderstorm. The laser

 conditions were adjusted so that the onset of

 filamentary behavior began just above the tower

 tip. “This work paves the way for new atmospheric

 applications of ultrashort lasers and represents a

 major breakthrough in the development of laser-

based lightning protection for airports, launch pads

 or large infrastructure,” conclude Houard and

 colleagues.

Da:

https://www.scienzenotizie.it/2023/01/16/scienziati-deviano-un-fulmine-sparando-un-laser-nel-cielo-3065043