Física

Quando Benjamin Franklin lançou sua famosa pipa em um céu tempestuoso em 1752, ele forneceu um caminho preferencial para que a carga acumulada nas nuvens chegasse ao solo. Uma atualização do século 21 sobre a pipa de Franklin é um laser disparado na atmosfera. Estacionados numa montanha suíça, investigadores demonstraram que o feixe de um laser de alta potência fornece um caminho preferencial para os raios [1]. Esse sistema de laser poderia um dia fornecer proteção contra raios para instalações sensíveis, como aeroportos, plataformas de lançamento de foguetes e parques eólicos.

Os danos causados ​​pelos raios – que se estima causarem milhares de milhões de dólares por ano nos EUA – podem ser reduzidos controlando para onde vai a descarga eléctrica. “Atualmente, a única proteção disponível contra raios é um pára-raios clássico de Franklin”, diz Aurélien Houard, membro da equipe de pesquisa da École Polytechnique de Paris. Essas hastes altas de metal são bons condutores que fornecem um caminho de menor resistência das nuvens até o solo. Mas esta proteção só é concedida a objetos dentro de uma certa distância da haste, dada aproximadamente pela altura da haste. Construir uma haste mais alta protegeria uma área maior, mas esta solução nem sempre é prática.

“A ideia de usar um laser é criar uma extensão de uma haste metálica que poderia, em teoria, ter várias centenas de metros ou um quilômetro de altura”, diz Houard. Ao contrário de uma estrutura metálica, a “haste” do laser só pode ser ligada quando o céu está ameaçador.

A orientação de raios baseada em laser foi proposta pela primeira vez em 1974, e vários experimentos confirmaram o conceito básico em laboratório. No entanto, demonstrar o sistema no campo revelou-se mais difícil. Alguns testes deram azar e nunca houve uma tempestade que chegasse perto o suficiente do laser. “Os relâmpagos são muito imprevisíveis”, diz Houard. “Você pode ter que esperar muito tempo para ver um ataque.” E apenas ver um evento não é suficiente: os investigadores precisam de construir estatísticas para ter a certeza de que o laser está a ter um efeito perceptível.

Para aumentar as suas hipóteses, Houard e os seus colegas realizaram a sua experiência com laser num dos locais mais propensos a raios da Europa: a Montanha Säntis, no nordeste da Suíça. Esta montanha de 2.500 m de altura (8.000 pés) é coroada por uma torre de telecomunicações de 30 andares que é atingida por raios cerca de 100 vezes por ano. Durante o verão de 2021, Houard e colegas instalaram um laser terawatt do tamanho de um carro na montanha com o objetivo de testar se os caminhos dos raios poderiam ser guiados pela luz do laser.

No início da campanha, os investigadores basearam-se em boletins meteorológicos para os avisar da aproximação de trovoadas, mas as previsões estavam muitas vezes erradas e a equipa perdeu algumas oportunidades. “Decidimos dormir na montanha para estarmos prontos para iniciar o laser caso surgisse um raio durante a noite”, diz Houard. Eles também tiveram que alertar o aeroporto próximo sempre que planejassem disparar o laser, pois havia o risco de a luz danificar os olhos das pessoas em aviões que sobrevoavam.

Quando as condições meteorológicas estavam propícias, a equipe apontou seu laser para o céu e disparou pulsos de picossegundos a uma taxa de repetição de 1 kHz. Ao focar a luz laser infravermelha num ponto próximo do topo da torre, os investigadores alcançaram a intensidade necessária para produzir um efeito óptico não linear no qual a luz laser se divide em múltiplos “filamentos” finos que se propagam sem se espalharem (ver Ponto de Vista : Guia de ondas de ar de feixes de laser “Donut”). Esses fluxos de alta intensidade aquecem o ar, criando canais de gás ionizado, ou “plasma”, que podem ter até 50 m de comprimento. Esses canais de plasma são condutores, como uma haste de metal, portanto, espera-se que ofereçam um caminho preferencial para raios.

Ao longo de dois meses, os pesquisadores operaram o laser por um total de seis horas. Durante esse tempo, a torre foi atingida por 16 raios. Com base em observações visuais e de rádio, a equipe descobriu que quatro desses ataques foram guiados pelo laser durante uma parte de suas trajetórias. Fotos de um desses eventos mostram claramente um raio de seção reta que correspondia ao canal de plasma de 50 metros do laser. Os outros três ataques foram medidos com antenas na montanha que registram emissões de rádio provenientes de descargas atmosféricas. A análise destes dados de rádio pela equipa revelou que, mais uma vez, estes ataques estavam alinhados com o percurso do laser.