“เบี่ยงวิถีฟ้าผ่าด้วยแสงเลเซอร์” นักวิทย์หานวัตกรรมทดแทนสายล่อฟ้า

“ฟ้าผ่า” เป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ธรรมชาติที่มีความอันตราย โดยเฉพาะกับตึกสูง ทำให้ต้องมีการติดตั้งระบบสายล่อฟ้า เพื่อป้องกันไม่ให้อาคารถูกฟ้าผ่าโดยตรง แต่นำไฟฟ้าให้ไหลผ่านลงไปยังพื้นดิน

นักวิทยาศาสตร์พยายามศึกษาหานวัตกรรมใหม่ ๆ ที่จะสามารถป้องกันอาคารต่าง ๆ จากฟ้าผ่าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เนื่องจากระบบสายล่อฟ้าในปัจจุบันมีระยะป้องกันที่ค่อนข้างแคบ

ปริศนาคลี่คลาย! ทำไมสถาปัตยกรรมโรมันไม่ผุพัง แม้ผ่านมานาน 2,000 ปี?

ออเรเลียน ฮูอาร์ด จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสารพัดช่าง École Polytechnique ในปาเลโซ ประเทศฝรั่งเศส กล่าวว่า “สายล่อฟ้าแบบแท่งโลหะถูกใช้เกือบทุกที่เพื่อป้องกันฟ้าผ่า แต่พื้นที่ที่มันสามารถป้องกันได้นั้นมีจำกัดเพียงไม่กี่เมตรหรือไม่กี่สิบเมตรเท่านั้น”

เขาเสริมว่า “ความคาดหวังของเราคือการขยายการป้องกันดังกล่าวเป็น 200-300 เมตร” ซึ่งการจะทำเช่นนั้นได้ ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาเรื่องการใช้ “แสงเลเซอร์” ในการเบี่ยงวิถีของฟ้าผ่า

ล่าสุด นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองเบี่ยงวิถีสายฟ้าด้วยเลเซอร์ในพื้นที่กลางแจ้งเป็นครั้งแรก ที่ยอดเขาซานติสในสวิตเซอร์แลนด์ ขณะเกิดพายุบนยอดเขาดังกล่าว เป็นการศึกษาที่จะปูทางไปสู่ระบบป้องกันฟ้าผ่าด้วยเลเซอร์สำหรับสนามบิน ฐานยิงจรวด และอาคารสูง

ฮูอาร์ดบอกว่า หากเลเซอร์มีพลังเพียงพอ ก็สามารถขยายการป้องกันฟ้าผ่าไปเป็นระยะ 200-300 เมตรได้

ปรากฏการณ์ฟ้าผ่าคือการปล่อยกระแสไฟฟ้าปริมาณมหาศาล ประจุที่บรรจุอยู่ในสายฟ้านั้นมีความร้อนรุนแรงถึง 30,000 องศาเซลเซียส ร้อนกว่าพื้นผิวดวงอาทิตย์ประมาณ 5 เท่า

ในแต่ละปีโลกเกิดฟ้าผ่ามากกว่า 1 พันล้านครั้ง มีผู้เสียชีวิตหลายพันคนต่อปี บาดเจ็บมากกว่าหลายหมื่นราย และสร้างความเสียหายต่อทรัพย์สินต่าง ๆ หลายหมื่นล้านดอลลาร์

ฮูอาร์ดและทีมวิจัยในสวิตเซอร์แลนด์อธิบายว่า พวกเขานำระบบเลเซอร์ทรงพลังไปติดตั้งยังยอดเขาซานติสทางตะวันออกเฉียงเหนือของสวิตเซอร์แลนด์ โดยตั้งไว้ใกล้กับเสาโทรคมนาคมสูง 124 เมตร ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ถูกฟ้าผ่าประมาณ 100 ครั้งต่อปี

การทดลองเกิดขึ้นในเดือน ก.ค.-ก.ย. 2022 นักวิทยาศาสตร์เฝ้ารอให้เกิดพายุฝน เมื่อเกิดพายุเมฆฝน พวกเขาได้ทำการยิงแสงเลเซอร์อย่างรวดเร็วไปที่เมฆฝนฟ้าคะนองเป็นเวลารวมกว่า 6 ชั่วโมง เครื่องมือบันทึกฟ้าผ่าแสดงให้เห็นว่า เลเซอร์สามารถเบี่ยงเบนวิถีของฟ้าผ่าได้ 4 ครั้งตลอดการทดลอง

ใน 4 ครั้งนี้ มีอยู่ 1 ครั้ง ซึ่งเกิดเมื่อวันที่ 21 ก.ค. เป็นฟ้าผ่าที่เกิดขึ้นในสภาพที่ชัดเจนเพียงพอที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถถ่ายภาพวิถีของฟ้าผ่าไว้ได้โดยใช้กล้องความเร็วสูง ภาพแสดงให้เห็นว่า สายฟ้าฟาดไปตามเส้นแสงเลเซอร์เป็นระยะทางประมาณ 50 เมตร ซึ่งบ่งบอกว่า เลเซอร์สามารถบังคับทิศทางการผ่าลงมาของสายฟ้าได้

ที่เลเซอร์สามารถเบี่ยงเบนสายฟ้าได้นั้น เพราะมันจะสร้างเส้นทางที่ง่ายกว่าสำหรับกระแสไฟฟ้าให้ไหลไปตามทาง โดยเมื่อลำแสงเลเซอร์ถูกยิงขึ้นสู่ท้องฟ้า จะเกิดการเปลี่ยนแปลงของดัชนีการหักเหของแสงในอากาศ ทำให้พวกมันหดตัวและรุนแรงขึ้นจนโมเลกุลของอากาศแตกตัวเป็นไอออนรอบ ๆ

โมเลกุลของอากาศที่แตกตัวจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและวิ่งออกไปด้วยความเร็วเหนือเสียง เกิดเป็นช่องทางในอากาศที่มีความหนาแน่นต่ำและแตกตัวเป็นไอออน ช่องเหล่านี้ซึ่งคงอยู่ได้นานเป็นหลักมิลลิวินาที จะนำไฟฟ้าได้ดีกว่าอากาศรอบ ๆ ทำให้สายฟ้าวิ่งไปตามเส้นทางนี้

ฮูอาร์ดกล่าวว่า เลเซอร์ที่ทรงพลังกว่านี้สามารถนำทางสายฟ้าในระยะทางที่ไกลขึ้น และยังสามารถกระตุ้นให้เกิดฟ้าผ่าก่อนที่มันจะกลายเป็นภัยคุกคามได้ด้วย

 

เรียบเรียงจาก The Guardian

ภาพจาก AFP