لیزر، رعد و برق، باران

ابوالفضل کریمی: با استفاده از فناوری لیزری می‌توان رقص باران را به یکی از نوآوری‌های قرن بیست و یکم تبدیل کرد. نورشناسان اثبات کرده‌اند که شلیک کردن لیزرها به درون هوا می‌تواند منجر به شکل‌گیری قطرات باران شود. آنها امیدوارند این تکنیک روزی برای شبیه‌سازی بارش باران مورد استفاده قرار گیرد.

به گزارش نیچر، بیش از 50 سال است که تلاش‌ها برای تولید باران مصنوعی روی بارور کردن ابرها متمرکز شده که با پراکنده کردن ذرات کوچک یون‌های نقره در هوا باعث تولید باران مصنوعی می‌شود.

جروم کاسپاریان، فیزیک‌دان دانشگاه ژنو در سوئیس در این باره گفت: «مشکل این است که هنوز مشخص نیست بارور کردن ابرها روش کارآمدی باشد و به خوبی کار ‌کند. هم‌چنین نگرانی‌هایی وجود دارد که پراکنده کردن یون‌های نقره در فضا ممکن است برای محیط‌زیست خطرناک باشد».

کاسپارین و همکارانش متوجه شدند که روش‌های جایگزین بهتری هم وجود دارد که برای محیط زیست مشکل کم‌تری ایجاد می‌کند. شلیک کردن پالس‌های کوتاه لیزر در هوا می‌تواند مولکول‌های اکسیژن و نیتروژن را در اطراف اشعه لیزر، یونیزه کرده و پلاسمایی تولید کند که در نهایت باعث تولید یک کانال پلاسمایی از مولکول‌های یونیزه می‌شود. این مولکول‌های یونیزه شده می‌توانند مانند یک میعان کننده طبیعی عمل کنند.

برای آزمایش این که آیا این تکنیک می‌تواند باعث تولید قطرات باران شود، محققان یک لیزر قدرتمند را داخل یک محفظه شبیه‌ساز ابرهای جوی در آزمایشگاه که شامل هوای اشباع از بخار آب بود، شلیک کردند. آن‌ها داخل این محفظه را با کمک یک لیزر کم‌قدرت استاندارد دیگر روشن کردند تا بتوانند قطرات تولید شده را مشاهده و ابعاد آن‌ها را اندازه‌گیری کنند.

بلافاصله بعد از شلیک لیزر، قطرات باران به اندازه 50 میکرومتر (0.05 میلی‌متر) در طول کانال پلاسمایی تولید شدند. سه ثانیه بعد و بعد از آمیخته شدن قطرات باران، اندازه آن‌ها به 80 میکرومتر رسید. نتیجه این تحقیات در نشریه آنلاین Nature Photonics به چاپ رسیده است.

باران ساز
قدم بعدی برای کاسپارین و تیم همراهش کاربرد این تکنیک در محیط خارج است. محققان قبلا استفاده از کانال‌های پلاسمایی را برای تغییر هوا تجربه کرده‌اند. در سال 2008 آن‌ها اثبات کردند که یک اشعه لیزر تراموبایل قدرتمند می‌تواند به داخل ابرها شلیک شود و یک تخلیه الکتریکی به وجود بیاورد.

هم‌چنین این اشعه می‌توانست بدون انحراف به هدف خودش برسد ، چرا که کانال پلاسمایی تولید شده، سرعت حرکت را طوری تغییر می‌دهد که گویی نور درون هوا و نه محیطی فشرده‌تر حرکت می‌کند، یعنی در مرکز اشعه سرعت کاهش پیدا کرده و در کناره‌ها افزایش پیدا می‌کند. این باعث می‌شود که اشعه لیزر دائما خود را متمرکز کرده و در مسافت‌های طولانی، شدت خود را بالا نگاه دارد.

این بار کاسپارین و همکارانش لیزر تراموبایل را در چند شب مختلف و در شرایط رطوبتی مختلف مورد آزمایش قرار دادند و میزان میعان صورت گرفته را با اندازه‌گیری شدت انعکاس نور لیزر دوم توسط قطرات تولید‌شده اندازه‌گیری کردند.

در شرایطی که رطوبت هوا کم بود، لیزر تراموبایل نتوانست قطرات باران را تولید کند؛ اما زمانی که میزان رطوبت هوا افزایش پیدا کرد، دانشمندان توانستند تا 20 برابر حالت قبل بازگشت معکوس نور لیزر دوم را اندازه‌گیری کنند که این نشان می‌دهد میعان قطرات باران با موفقیت انجام شده است.

رونالد سائربری یک کارشناس فیزیک لیزری در مرکز تحقیقاتی FZD Dresden در آلمان در این باره گفت: «این تیم تحقیقاتی می‌توانند با این روش یک تکنولوژی جدید و پیشرفته را به وجود بیاورند. این اولین بار است که از لیزر برای میعان و تولید قطرات باران استفاده شده است».

کاسپارین نیز در این بار گفت: «این تکنیک هنوز هم در مراحل اولیه خود قرار دارد. ما فقط توانستیم در طول کانال لیزری عملیات میعان را انجام دهیم. بنابراین نباید انتظار داشت که ما فردا بتوانیم با کمک این روش باران تولید کنیم».

در حال حاضر تیم تحقیقاتی او سعی می‌کنند که با استفاده از پخش کردن لیزر در آسمان، میعان سازی را در محدوده گسترده‌تری انجام دهند.

توماس لیسنر ، فیزیک‌دان جوشناس در موسسه تکنولوژی کارلسروهه آلمان در مورد امکان‌پذیر بودن گسترش مساحت تاثیر این تکنیک مشکوک است و می‌گوید: «من مطمئن نیستم که بتوان از این روش برای تولید قطرات باران استفاده کرد. اما این تکنولوژی می‌تواند کاربردهای دیگری هم داشته باشد. محققان باید رابطه بین میزان میعان‌سازی صورت گرفته توسط لیزر و شدت غالب بودن شرایط جوی را اندازه‌گیری کنند. می‌توان با استفاده از میزان میعان صورت گرفته توسط لیزر برای اندازه‌گیری اشباع آب در هوا و پیش‌بینی احتمال بارش باران استفاده کرد».