מדענים השתמשו בקרן לייזר כדי לשלוט במסלול של ברק לאורך עשרות מטרים - טכנולוגיה העשויה לשדרג את יכולתנו להתגונן מפני ברקים
עשרות ברקים מבזיקים ברחבי העולם בכל שנייה. מרביתם עוברים בתוך ענן או בין עננים סמוכים, אך יש גם ברקים הפוגעים בקרקע, וזה עלול להיות מסוכן. מאוד. אוויר הוא מוליך חשמלי גרוע, ולכן נדרש מתח של עשרות או מאות מיליוני וולט בין ענן הסערה ובין הקרקע כדי שייווצר ברק, שפורק חלקית את המטען החשמלי של הענן. אם ברק כזה פוגע בשטח פתוח, הוא עלול לפגוע באנשים או בבעלי חיים בסביבה. אם הוא מגיע למבנה רגיש הוא יכול לגרום לשריפות, פיצוצים ונזקי חשמל. מדי שנה מתועדים אלפי מקרי תמותה מברקים ונזקים כלכליים של מיליארדי דולרים.
מכת ברק ממוצעת מכילה אנרגיה של כ-5 מיליארדי ג׳ול – מספיק כדי להדליק נורה בהספק של 100 ואט במשך שנה וחצי ברציפות. כשכל האנרגיה הזאת עוברת בתוך שבריר שנייה דרך האוויר, היא מחממת אותו לטמפרטורה של עשרות אלפי מעלות צלזיוס ויוצרת גלי הלם – הרעש הדומה לפיצוץ שאנו מכנים "רעם". אם ברק פוגע בעץ או בקיר ספוג מים של בניין, המים שבהם עשויים לרתוח בן רגע וליצור פיצוץ הרסני. אם הברק פוגע במערכות חשמל ואלקטרוניקה, הזרם החשמלי שלו עשוי להרוס אותן. לכן הדרך המקובלת להתגונן מפני ברקים היא להסיט את הזרם החשמלי שלהם למקומות שבהם הוא לא יגרום נזק.
אם ברק פוגע בעץ, המים שבו עשויים לרתוח בן רגע ולגרום לפיצוץ. עץ שנפגע ממכת ברק | Roman Mikhailiuk, Shutterstock
להקדים תרופה למכת הברק
השיטה הפשוטה והמקובלת ביותר להגן על בניינים, ועל האנשים שבתוכם, היא בעזרת כַּלִּיא ברק. זהו מוט מתכת גבוה המוצב בראש בניין או לידו, ומחובר אל האדמה בעזרת חלקי מתכת נוספים במעטפת הבניין. בעת סופת ברקים נוצר בראש המוט שדה חשמלי חזק במיוחד, אשר מגדיל את הסיכוי שברק יפגע בו, ולא במקום אחר בסביבתו. הזרם החשמלי של הברק נע דרך המוט ומערכת ההגנה היישר אל האדמה, בשל המוליכות החשמלית הגבוהה שלהם. ככל שהמוט גבוה יותר, כך הוא מגן על שטח נרחב יותר ומונע פגיעה בעצמים סמוכים.
אך האם ניתן להגן על שטח נרחב או מורכב במיוחד, כמו שדה תעופה, או להגן על שטחים טבעיים שלמים מפני ברקים המחוללים שריפות?
כבר בשנות ה-70, הגו פיזיקאים את הרעיון להשתמש בלייזר חזק כדי להתגונן מברקים, ובהמשך הראו בניסוי שלייזר יכול להסיט או ליזום ברקים, לפחות בתנאי מעבדה. כעת, עשרים שנים אחרי הניסויים הראשונים על ברקים אמיתיים, חוקרים מרחבי אירופה הצליחו לראשונה להסיט ברק בעזרת לייזר. החוקרים יצרו אלומת לייזר רבת-עוצמה המתפקדת ככליא ברק ארוך במיוחד, אשר הסיטה ברקים לאורך של כ-50 מטרים מעל כליא ברקים של מגדל תקשורת. החוקרים הסיטו כך ארבעה ברקים שונים, והראו בעזרת צילום מהיר וגלאים נוספים כי הברקים נעים לאורך אלומת הלייזר. המחקר התפרסם בכתב העת המדעי Nature Photonics.
כיצד הלייזר הסיט את הברקים? הלייזר יצר בכל שנייה אלף הבזקי אור קצרים, שכל אחד מהם נמשך רק טריליונית השנייה (10-12 שנייה), אבל עוצמתם גבוהה מאוד. ההבזקים החוזרים שחררו אלקטרונים ממולקולות הגזים שבאוויר, כך שהן נותרו מיוננות כמעט ללא הפסקה. כך נוצרו מטענים חשמליים חופשיים המסוגלים לנוע בקלות ולהעביר את הזרם החשמלי של הברק. כמו כן, עוצמת הבזקי הלייזר שינתה את מקדם השבירה של האוויר באופן שמנע את אור הלייזר מלהתפזר, כאילו הוא נע דרך סיב אופטי. כך יצרו החוקרים נתיב ארוך של מוליכות חשמלית גבוהה שהברק "העדיף" לנוע דרכו.
החוקרים מצאו כי הברק עקב אחרי קרן הלייזר לאורך כמה עשרות מטרים לפני שהגיע למגדל התקשורת. הדמיית הניסוי על פסגת הר סנטיס באלפים | מקור: Xavier Ravinet - UNIGE
לייזר בפסגה
לדברי החוקרים, פריצת הדרך התאפשרה בזכות הלייזר האימתני שפותח לצורך הניסוי. ״הלייזרים שבהם השתמשו בעבר יכלו ליצור רק כעשרה הבזקים בשנייה״, מסביר אורליאן הוארד (Houard) שהוביל את המחקר. ״הקצב הזה היה איטי מכדי לשמור על עמודת האוויר מיוננת״. הוארד מוסיף כי הלייזר שבו השתמשו בניסוי הנוכחי הוא חזק כל כך עד שהוא ״מסוגל לשרוף סלעים״.
הלייזר היחיד מסוגו, שאורכו 9 מטרים ומשקלו 5 טונות, פותח על ידי חברת הענק טראמפף (Trumpf) במשך 4 שנים ובעלות של כשני מיליון אירו. גם הובלתו אל אתר הניסוי, בפסגה הגבוהה ומוכת הברקים סנטיס (Säntis) בהרי האלפים, הייתה מבצע הנדסי מורכב שדרש הטסת חלקים במסוק ושינוע ברכבלים.
בעתיד החוקרים מתכננים לחזור על הניסוי בתנאים המדמים שימוש מעשי, ליד אתר שיגור לוויינים או שדה תעופה פעיל, ולהמשיך לבחון ולשפר את הטכנולוגיה הצעירה הזאת. החוקרים מקווים שיצליחו ליצור מאלומת הלייזר כליא ברק ארוך שיגן על שטח נרחב, או אפילו יגיע עד לענני הסערה ויפרוק אותם בבטחה בצורה יזומה.
מגדל התקשורת בגובה 124 מטרים וקרן הלייזר הסמוכה, פסגת הר סנטיס, שווייץ | מתוך מאמר המחקר
צילומי הברקים מ-24 ביולי 2021 כפי שצולמו על ידי שתי מצלמות צילום מהיר הממוקמות בשני אתרים שונים | מתוך מאמר המחקר
