Τεχνητή αστραπή: Λέιζερ προκαλεί ηλεκτρική δραστηριότητα σε καταιγιδοφόρα νέφη για πρώτη φορά

Πηγή: ScienceDaily, 14 Απριλίου 2008

Μια ομάδα ευρωπαίων επιστημόνων έχει προκαλέσει  για πρώτη φορά σκόπιμα ηλεκτρική δραστηριότητα σε καταιγιδοφόρα νέφη, σύμφωνα με μια ανακοίνωση. Το πέτυχε στοχεύοντας παλμούς λέιζερ υψηλής ισχύος πάνω σε καταιγιδοφόρα νέφη.

Στην κορυφή του όρους South Baldy στο Νέο Μεξικό και σε υψόμετρο 3 χιλιομέτρων, κατά τη διάρκεια δύο διερχόμενων καταιγίδων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν παλμούς λέιζερ για να δημιουργήσουν ίνες πλάσματος που μπορούσαν να άγουν ηλεκτρισμό παρόμοια με το μεταξωτό νήμα στον χαρταετό που πέταξε ο Βενιαμίν Φραγκλίνος. Δεν προκλήθηκε όμως καμιά αστραπή μεταξύ του αέρα και του εδάφους,  επειδή οι ίνες ήταν πάρα πολύ σύντομες, αλλά οι παλμοί του λέιζερ προκάλεσαν αποφόρτιση στα ίδια τα  καταιγιδοφόρα νέφη.

Δεξιά: αστραπές (είναι οι φωτεινές ίνες μέσα στις οποίες μεταφέρονται φορτία από τα νέφη στη γη - σαν κανάλια - προκαλώντας μια εκκένωση ή αποφόρτιση των νεφών) μεταξύ ενός νέφους και της γης

"Ήταν ένα σημαντικό βήμα για να προκαλέσουμε αστραπές με ακτίνες λέιζερ," λέει ο Jérôme Kasparian του πανεπιστημίου της Λυών στη Γαλλία. "Ήταν η πρώτη φορά που δημιουργήσαμε πρόδρομες αστραπές σε ένα καταιγιδοφόρο νέφος." Το επόμενο βήμα θα είναι η παραγωγή πραγματικών αστραπών που μπορεί να έρθει, προσθέτει ο ίδιος, μόλις επαναπρογραμματίσει η ομάδα τα λέιζερ της ώστε να κάνουν πιο περίπλοκες ακολουθίες παλμών. Με αυτό τον τρόπο θα παραγάγουν λεπτές φωτεινές ίνες μεγαλύτερης διάρκειας ζωής".

Η πρόκληση αστραπών είναι ένα σημαντικό εργαλείο για τη βασική και εφαρμοσμένη έρευνα, επειδή επιτρέπει στους ερευνητές να μελετήσουν τους μηχανισμούς που κρύβονται κάτω από τις αστραπές. Επιπλέον, οι προκαλούμενες αστραπές θα επιτρέψουν στους μηχανικούς να αξιολογήσουν και να εξετάσουν την ευαισθησία στις αστραπές τόσο των αεροπλάνων όσο και των ηλεκτρικών δικτύων.

Τα λέιζερ παλμών αντιπροσωπεύουν μια ενδεχομένως πολύ ισχυρή τεχνολογία για να προκαλέσουν αστραπές, επειδή μπορούν να σχηματίσουν έναν μεγάλο αριθμό ινών πλάσματος -- ιονισμένα κανάλια σωματιδίων στον αέρα που ενεργούν σαν τα ηλεκτρικά σύρματα μέσα στο καταιγιδοφόρο νέφος. Η ιδέα να χρησιμοποιηθούν τα λέιζερ για να προκαλέσουν αποφορτίσεις προτάθηκε πριν 30 χρόνια περίπου. Αλλά οι επιστήμονες μέχρι σήμερα δεν ήταν σε θέση να το κάνουν, επειδή τα προηγούμενα λέιζερ δεν ήταν αρκετά ισχυρά για να παραγάγουν μακροχρόνια κανάλια πλάσματος. Η σημερινή παραγωγή ισχυρών λέιζερ, όπως αυτό που αναπτύχθηκε από την ομάδα Kasparian, μπορεί να αλλάξει αυτή την εικόνα.

Κατά τη διάρκεια των δοκιμών οι παλμοί των λέιζερ ενίσχυσαν την ηλεκτρική δραστηριότητα μέσα στο καταιγιδοφόρο νέφος, όπου στόχευσαν -- ουσιαστικά παρήγαγαν μικρές τοπικές αποφορτίσεις τοποθετημένες στη θέση των 'καναλιών' που διέτρεχε το πλάσμα.

Το πείραμα όμως είχε έναν περιορισμό. Γιατί οι ερευνητές δεν μπορούσαν να παραγάγουν 'κανάλια' που να διέτρεχε το πλάσμα για πολύ χρόνο, ώστε να δημιουργήσουν αστραπές από τα νέφη έως το έδαφος. Η ομάδα κοιτάζει αυτήν την περίοδο να αυξήσει την ισχύ των παλμών λέιζερ κατά έναν παράγοντα 10, και να χρησιμοποιήσει εκρήξεις παλμών τέτοιων που να παραγάγουν πιο αποτελεσματικό πλάσμα.

Η έρευνα για τις αστραπές έχει ξεκινήσει από την εποχή του Βενιαμίν Φραγκλίνου, αλλά παρ' όλα αυτά δεν είναι πλήρως κατανοητές. Αν και οι επιστήμονες ήταν σε θέση να προκαλέσουν αστραπές από τη δεκαετία του '70 στέλνοντας μικρούς πυραύλους μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη, μόνο το 50% των πυραύλων αυτών προκαλούν αστραπές - δηλαδή εκκενώσεις. Η χρήση της τεχνολογίας λέιζερ θα καθιστούσε τη διαδικασία πιο γρήγορη, πιο αποδοτικής και οικονομικώς αποδοτική. Αναμένεται δε αυτή η τεχνολογία να ανοίξει νέες εφαρμογές.

Τα καταιγιδοφόρα νέφη, που σχετίζονται με  τις καταιγίδες, συνοδεύονται από αστραπές και κεραυνούς. Τα νέφη αυτά (που ονομάζονται σωρειτομελανίες) στα ανώτερα μέρη τους φέρουν θετικά φορτία ενώ στα κατώτερα αρνητικά φορτία, με εξαίρεση μια λεπτή στοιβάδα κοντά στη βάση τους που είναι φορτισμένη θετικά. Η κατανομή αυτή του ηλεκτρικού φορτίου στα κατώτερα τμήματα του νέφους φορτίζει "εξ επαγωγής" θετικά το έδαφος που βρίσκεται ακριβώς κάτω από το νέφος. Παρότι σε μια μικρή κάτω του νέφους περιοχή, η επιφάνεια της Γης φέρει αρνητικό φορτίο.

Η πρώτη ηλεκτρική εκκένωση συμβαίνει περίπου στα πρώτα 10 μέχρι 20 λεπτά της ώρας από την στιγμή που θα εντοπιστούν οι πρώτες βροχοσταγόνες. Αλλά τα ηλεκτρικά φαινόμενα που συμβαίνουν μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη δεν είναι πλήρως γνωστά μέχρι σήμερα.

Η προέλευση αλλά και η κατανομή του ηλεκτρικού φορτίου μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη προκάλεσαν τόσες συζητήσεις, που ο Αμερικανός Βενιαμίν Φραγκλίνος θέτοντας σε κίνδυνο την ίδια τη ζωή του πρώτος απέδειξε - πετώντας έναν αετό - στη 10ετία του 1730 πως ο κεραυνός στην πραγματικότητα είναι ηλεκτρική εκκένωση και όχι κάποια φλεγόμενη βολίδα.

Επειδή υπάρχει σύγχυση στον κόσμο μεταξύ των εννοιών, η αστραπή είναι η λάμψη των ηλεκτρικών εκκενώσεων, βροντή ονομάζεται ο κρότος που συνοδεύει αυτές τις εκκενώσεις και κεραυνός ονομάζεται ειδικά η εκκένωση που συμβαίνει μεταξύ νέφους και της επιφάνειας της Γης (στη ξηρά ή στη θάλασσα).