tempo.com

Para-raios a laser: o futuro chegou

Assim como o laser foi vital para o avanço da medicina, agora também o é para as ciências atmosféricas. Neste caso, associado a tempestades elétricas que geram descargas atmosféricas em direção à superfície terrestre.

feixes de laser desviados
O raio é responsável por danos consideráveis e morte. Fonte: Houard et al. 2023.

Quedas de energia, incêndios florestais, danos à infraestrutura e ferimentos pessoais podem ser causados por raios. Com base em dados de satélite, a taxa total de raios em todo o mundo é estimada entre 40 e 120 raios por segundo. Controlar esses eventos meteorológicos, para muitos, é um sonho há décadas.

O estudo "Laser-guided lightning", publicado na Revista Nature Photonics, apresenta a primeira demonstração de filamentos induzidos por laser. Esses filamentos são causados por pulsos de laser curtos e intensos direcionados para o céu, e seriam capazes de guiar descargas atmosféricas por longas distâncias.

O número documentado de mortes por raios excede 4.000, e os danos associados chegam a bilhões de dólares a cada ano.

A equipe de pesquisa menciona: "acreditamos que este avanço experimental levará ao progresso da proteção contra raios e da física do raio." Um enorme desafio que geraria um benefício em escala global.

O para-raios nos protegeu por quase 300 anos.

A proteção externa mais utilizada contra raios diretos ainda é o para-raios, invenção atribuída a Benjamin Franklin no século XVIII.

Relâmpago e hastes em um prédio à noite
O para-raios é uma herança meteorológica e humana que nos foi deixada pelo polímata Benjamin Franklin.

O para-raios é constituído por um mastro pontiagudo ligado ao solo cuja principal função é a proteção de edificações e seu entorno imediato, proporcionando um ponto preferencial de impacto para descargas atmosféricas. Desta forma, sua corrente elétrica é guiada com segurança para o solo.

Defletindo feixes com poderosos pulsos de laser

Durante o verão (hemisfério norte) de 2021 foi realizada uma campanha experimental na montanha Säntis, localizada no nordeste da Suíça. Ali foi instalado um laser de terawatt (um trilhão de watts), que inclui uma alta taxa de repetição, e uma torre. Nesse sentido, o princípio utilizado consiste em enviar pulsos de laser intensos e curtos em direção às nuvens.

Embora a pesquisa de raios esteja muito ativa há mais de 20 anos, este é o primeiro resultado que demonstra experimentalmente feixes guiados por laser.

No experimento, duas câmeras de alta velocidade foram instaladas separadamente. Eles registraram a orientação de um feixe negativo (para cima) a uma distância de 50 metros.

Imagem de duas câmeras capturando um raio
Relâmpago registrado em 24 de julho de 2021 em (a) Schwaegalp (b) Kronberg. Fonte: Houard et al. 2023.

A orientação de raios negativos por filamentos de laser foi corroborada em outros 3 casos. Processo que foi realizado com medições interferométricas (técnica que combina ondas eletromagnéticas) de altíssima frequência.

Resultados obtidos com muita paciência

Entre 21 de julho e 30 de setembro de 2021, o laser esteve em operação por mais de 6 horas de atividade tempestuosa. O evento meteorológico ocorreu em um raio de 3 quilômetros ao redor do local da campanha.

A torre foi atingida por pelo menos 16 raios, quatro dos quais ocorreram durante a atividade do laser. Os quatro eventos de laser registrados foram associados a flashes positivos (raios), conectando o topo da torre com a nuvem. Todos esses raios foram desviados para cima.

Finalmente, a pesquisa referenciada é capaz de abrir caminho para novas aplicações atmosféricas. Como se isso não bastasse, representa um passo importante no desenvolvimento da proteção contra raios baseada em laser. Os beneficiários podem ser aeroportos, plataformas de lançamento ou infraestruturas colossais.