מאז ומתמיד, קיוו המדענים כי יוכלו לשלוט במזג האוויר. אין צורך להסביר עד כמה יכולת שכזו תשפיע על חיינו. בעוד ששליטה אמיתית על מזג האוויר נראית כבלתי אפשרית, נעשה מאמץ גדול להגביר את הסיכויים לקבלת מזג אוויר מקומי בו אנו רוצים. הדוגמה הטובה ביותר לכך הינה הניסיון להגביר את הסיכוי לגשם, אשר לנו במיוחד בתור אנשים החיים במדינה שחונה, ברורות ההשלכות של הצלחה בתחום זה.

הניסיונות להגביר את הסיכוי שענן יוריד גשם התרכזו עד לאחרונה בהחדרת חומרים לתוך הענן, בדרך כלל יוני כסף, מתוך כוונה כי המים יתעבו סביבם וייצרו טיפות כבדות מספיק אשר יפלו אל האדמה בצורת גשם. שיטה זו דורשת הזרעה של העננים ביוני כסף על ידי מטוסים או טילים, דרך מסובכת למדי, ועד כה לא הראתה באופן חד משמעי הצלחה.

לאחרונה הדגימה קבוצה מאוניברסיטת ברלין כי יתכן וישנה דרך אחרת, עידוד גשם באמצעות לייזר.

כאשר פולסי לייזר מהירים במיוחד, ובעוצמה גבוהה במיוחד נשלחים אל האוויר, מתרחשת תופעה מעניינת. עקב התכונות האופטיות של האוויר, הלייזר מרוכז תחילה באופן עצמאי לאזור זעיר כאילו שרוכז על ידי עדשה. כתוצאה מכך אלקטרונים נקרעים מן המולקולות באוויר, ונוצרת באזור זה פלזמה קרה. האלקטרונים החופשיים שהשתחררו מן האוויר גורמים לקרן הלייזר להתפזר שוב, והיא חוזרת להתקדם טווח מסוים באוויר עד שהיא אינה מושפעת יותר מאלקטרונים אלו ואז היא שוב מתרכזת לאזור קטן ומייננת בו את האוויר וחוזר חלילה.

כתוצאה מכך במהלך הפעלת קרן לייזר שכזו נוצרים מספר אזורים אשר מופרדים זה מזה במטרים רבים, בהם האוויר הפך לפלזמה, וקיימים בו יונים טעונים חיובית ואלקטרונים חופשיים.

קבוצת החוקרים מברלין החליטה לבדוק האם תהליך זה יכול לגרום להתעבות של טיפות גשם מן האוויר.

תחילה ביצעו החוקרים ניסוי מבוקר. הם הכינו תא בו אוויר עם טיפות מים בגדלים שונים. קוטר של שישה מיקרון (מיליונית המטר), חמישים מיקרון ומאתיים מיקרון.

החוקרים ירו את הלייזר אל תוך התא ובדקו מה קורה לטיפות אלו. הממצאים היו מבטיחים מאוד, באזורים בהם הלייזר התרכזת ונוצרה פלזמה, מיד לאחר הפעלת הלייזר, השתנה הרכז הטיפות באוויר. רדיוס הטיפות גדל במהירות רבה, בערך פי 1.5 בתוך מספר מילי שניות, כאשר במקביל צפיפותן יורדת. כלומר נראה כי הפעלת הלייזר ויצירת הפלזמה, גרמה לטיפות להצמד זו ולזו והתאחד לטיפות גדולות יותר. זהו בידיוק התהליך הנחוץ על מנת לגרום לטיפות הקטנות שבעניים לגדול עוד ועוד עד אשר הן כבדות מספיק בשביל להוריד גשם.

לאור הצלחת הניסוי המבוקר יצאו החוקרים לבצע ניסוי נוסף בתנאים לא מבוקרים, כלומר באטמוספרה. החוקרים בחרו ביום לח במיוחד בו יש מים רבים באוויר. וירו את הלייזר ישירות כלפי מעלה באטמוספרה, כך ששכבות הפלזמה יוצרו בגבהים שבין 45 ל80 מטרים מעל האדמה.

החוקרים בדקו את הרכב המים באוויר באמצעות מערכת לייזר מיוחדת נוספת, לפני הפעלת הלייזר החזק ומיד לאחריו. ואכן, החוקרים הבחינו כי מיד לאחר הפעלת הלייזר החזק עלה ריכוז טיפות המים באוויר, בגבהים שבין 40 ל80 מטרים.

תוצאות אלו הינן תוצאות ראשוניות, אך הן בהחלט נותנות תקווה כי באמצעות הפעלה רציפה של לייזרים, ניתן יהיה לעודד יצירת טיפות מים כבדות באוויר, אשר יובילו להורדת גשמים. שיטה זו תיהיה בוודאי נוחה יותר מזו הדורשת הזרעה אקטיבית של עננים ביוני כסף.

מאחר ומדובר בתוצאות ניסיוניות, עדין לא ברור מהו המנגנון הגורם לגדילת טיפות המים באזורים בהם האוויר מיונן. אחת ההשערות הינה כי כתוצאה מכך טיפות מים נטענות במטענים חיובים ושליליים (חלק קולטות יונים חיובים של אוויר וחלק אלקטרונים חופשיים) וכתוצאה מך הן נמשכות זו לזו ומתחברות.

תמונה של האוויר בתא לפני (שמאל) ואחרי (ימין) הפעלת הלייזר. ניתן לראות באופן ברור את התעבות המים בתא כתוצאה מהפעלת הלייזר

מערך הניסוי הבלתי מבוקר באטמוספרה

משמאל מערך הניסוי. לייזר חזר נורה ישירות כלפי מעלה ויוצר אזורים בהם האוויר מיונן לייזר משני המוצב בזווית מסוימת מבקר את הרכב טיפות המים באוויר.

מימין תוצאות הניסוי, הגף מראה את העליה בקריאת הלייזר המשני, כלומר אחוז העליה בגודל וכמות הטיפות באוויר, כמילי שניה אחת לאחר הפעלת הלייזר החזק. ניתן לראות כי בגבהים שבין 45 ל80 מטרים, האזורים בהם האוויר מיונן, ישנה עליה בקריאה.

בבליוגרפיה

Laser induced water condensation in air, P. Rohwetter et al, Nature photonics 2010.115

 

מאת: ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

0 תגובות