Lightning

في تطور علمي رائد، نجح الباحثون في تحويل مسار البرق باستخدام ليزر قوي، مما يشكل سابقة هامة في مجال الحماية من الصواعق، وكان الليزر عالي الطاقة قادرًا على تحويل صاعقة البرق بحوالي 200 قدم قبل أن يتمكن من ضرب مانعة الصواعق التقليدية، وبالتالي تعزيز فعالية القضيب بشكل كبير، وتحمل هذه النتائج، التي نُشرت في يناير، القدرة على إحداث ثورة في مجال الحماية ضد العواصف الرعدية الخطيرة.

والعواصف الرعدية التي تحصد أرواح 43 شخصًا في المتوسط سنويًا في الولايات المتحدة وتؤدي إلى ما يقرب من مليار دولار من مطالبات التأمين لأصحاب المنازل في عام 2022 وحده، ويعود مفهوم استخدام الليزر كمانع للصواعق إلى أوائل السبعينيات، كما أوضح أوريليان هوارد، عالم الأبحاث في مختبر البصريات التطبيقية في EPFL بسويسرا.

والمبدأ الأساسي واضح ومباشر: يمكن لأشعة الليزر القوية بما فيه الكفاية أن تولد حرارة شديدة في الهواء، مما يؤدي إلى إطلاق الجزيئات لإلكتروناتها، وتخلق هذه العملية قناة عابرة مليئة بالإلكترونات المشحونة على طول مسار شعاع الليزر، مما يجذب جميع صواعق البرق القريبة التي تبحث بشكل طبيعي عن المسار الأقل مقاومة بين السحب والأرض.

ومع ذلك، كان التحدي الكبير يتمثل في الحفاظ على استقرار هذه القناة لمدة كافية لإعادة توجيه البرق بشكل فعال أثناء العاصفة، ولمواجهة هذا التحدي، طور العلماء ليزرًا قادرًا على إصدار نبضات عالية الطاقة بمعدل 1000 مرة في الثانية، ونتج هذا الإنجاز عن جهد تعاوني بين جامعة جنيف (UNIGE) ومدرسة EPFL في سويسرا، ومدرسة الفنون التطبيقية في فرنسا، وشركة الليزر العلمية TRUMPF في ألمانيا.

ومن الجدير بالذكر أن نبضات الليزر هذه أسرع 100 مرة من سابقاتها، مما يزيد بشكل كبير من احتمال جذب البرق، وللتحقق من صحة وظيفة هذه التكنولوجيا المبتكرة، قام العلماء بنقل ليزر يبلغ وزنه 3 أطنان إلى قمة جبل سانتيس، الذي يقع على ارتفاع 8000 قدم في سويسرا، وقد تم اختيار هذا الموقع لوجود برج اتصالات يبلغ ارتفاعه 400 قدم ويتحمل الصواعق حوالي 100 مرة سنوياً، وتم تنشيط الليزر كلما تم توقع العواصف الرعدية.

وأسفرت ذروة هذه الجهود عن تسجيل الصاعقة الطبيعية التي تتبع مسار شعاع الليزر، وهو إنجاز لم يتم تحقيقه من قبل، وأكد جان بيير وولف، أستاذ الفيزياء التطبيقية في جامعة UNIGE، على أهمية هذا الإنجاز، قائلاً: "الصورة تساوي ألف كلمة، لم يكن هناك شك في ذلك"، ويوفر هذا الإنجاز تفاؤلاً بإمكانيات استخدام الليزر كشكل جديد للحماية من الصواعق.

وعلى الرغم من اختراع بنجامين فرانكلين لموانع الصواعق، إلا أنها تظل وسيلة دفاعنا الأساسية ضد ضربات الصواعق، ومع ذلك، فإن محدودية هذه القضبان تكمن في نصف قطر الحماية الذي يمتد فقط بقدر ارتفاعها، وبالتالي، يمكن لقضيب الصواعق الذي يبلغ طوله حوالي 10 أقدام أن يحمي الأفراد داخل دائرة نصف قطرها 10 أقدام، ولكن ليس أبعد من ذلك.

وفي المقابل، يتمتع الليزر عالي الطاقة بالقدرة على الوصول إلى الروافد العليا للسحب، مما يزيد من نصف قطر الحماية بشكل كبير، ووفقًا لأستاذ الفيزياء التطبيقية جان بيير وولف، قام الليزر بتوسيع نصف قطر السطح الواقي بشكل فعال من 120 مترًا إلى 180 مترًا (393 قدمًا إلى 590 قدمًا). يوضح هذا الإنجاز قدرة الليزر على تعزيز إجراءات الحماية من الصواعق.

وتهدف المرحلة التالية من البحث إلى إنشاء ليزر قادر على الوصول إلى أعلى في السماء، ورغم أن هذا الاحتمال موجود من الناحية النظرية، فمن الضروري أن ندرك أن تحسين هذه التكنولوجيا من المحتمل أن يستغرق عقدًا على الأقل قبل أن تصبح جاهزة للسوق، ونُشرت نتائج هذا البحث الرائد في المجلة العلمية Nature Photonics في 16 يناير من هذا العام.