Laser können bei Gewitter Blitzentladungen auf Blitzableiter lenken. Das zeigte die Studie eines internationalen Forschungsteams an einem 124 Meter hohen Fernmeldeturm im Säntisgebirge in der Schweiz. Das Team von Aurélien Houard vom Laboratoire d’Optique Appliquée in Palaiseux bei Paris schrieb, dass die Entdeckung zu einem besseren Blitzschutz für Flughäfen, Startrampen und große Infrastrukturen führen könnte Veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Photonics.
Bereits 1974 wurde vorgeschlagen, Laser zum Schutz vor Blitzschlag einzusetzen. In den späten 1990er Jahren demonstrierten Labore die Verwendung von Lasern zur Lenkung von Blitzen. Outdoor-Versuche in New Mexico, USA im Jahr 2004 und Singapur im Jahr 2011 schlugen jedoch fehl. Die Wissenschaftler führen den Erfolg des Santis-Mountain-Experiments auf eine Laserpuls-Wiederholungsrate zurück, die um zwei Größenordnungen höher war als bei früheren Experimenten. Laser verwenden emittiertes Licht mit einer Wellenlänge von etwa einem Mikrometer (tausendstel Millimeter) und einer Wiederholrate von 1000 Hertz.
Die Forscher profitierten davon, dass die Türme auf dem Säntis in den letzten Jahren immer wieder für Messungen mit Stroboskoplicht genutzt wurden. „Der Turm, der jährlich etwa 100 Blitzeinschlägen ausgesetzt ist, ist mit mehreren Sensoren ausgestattet, die Blitzströme, elektromagnetische Felder in unterschiedlichen Entfernungen, Röntgenstrahlen und Strahlungsquellen von Blitzentladungen aufzeichnen“, schreiben die Studienautoren zusätzliches Messequipment und zwei Hochgeschwindigkeitskameras zur Aufzeichnung von Blitzeinschlägen mit bis zu 24.000 Bildern pro Sekunde.
Lightning Surrounding Laser Beam
Diese Kameras sind 1,4 bzw. 5 km von der Turmspitze entfernt und liefern nur bei guter Sicht brauchbare Ergebnisse. Dies war bei einem der vier Aufnahmeblitze der Fall, die der Laser einschaltete. Kamerabilder zeigten, dass der Blitz den Laserstrahl mehr als 50 Meter umkreiste, bevor er den Blitzableiter des Turms traf. Ein leicht abgewinkelter Laserstrahl wird nahe an die Spitze des Turms gerichtet.
Physikalisch kann folgendes passieren: Durch einen intensiven Laserpuls wird die Luft so heiß, dass viele Luftmoleküle in die kühlere Umgebung entweichen, entlang entsteht ein Kanal mit sehr geringer Luftdichte, das sogenannte Filament der Laserstrahl. In einem solchen Filament ist die Luft deutlich leitfähiger als die Umgebung, leitet also Blitze leichter ab. Vergleiche mit aufgezeichneten Blitzeinschlägen ohne Laser zeigten, dass der Blitz dank der Führung durch den Laser genauer in den Blitzableiter des Turms einschlug.
«Die Ergebnisse der Säntis-Testkampagne im Sommer 2021 liefern indirekte Hinweise darauf, dass aus kurzen, intensiven Laserpulsen gebildete Filamente Blitzentladungen über beträchtliche Distanzen leiten können», schlussfolgern die Studienautoren durch weitere Testreihen mit der neuen Konfiguration bestätigt werden.
