Laser für den Blitzschutz einzusetzen, wurde bereits 1974 vorgeschlagen. Im Labor haben Fachleute die Führung von Blitzen durch Laser Ende der 1990er Jahre nachgewiesen. Doch Versuche im Freien scheiterten 2004 im US-Bundesstaat New Mexico und 2011 in Singapur.
In der Nähe von Feldkirch
2021 berichteten Forscher, dass sie auf dem Schweizer Berg Säntis eine neun Meter lange Blitzkanone ausprobieren wollen. Die Experimente auf dem rund 20 Kilometer westlich von Feldkirch/Vorarlberg gelegenen Berg mit einem über 120 Meter hohen Telekommunikationsturm verliefen erfolgreich, wie ein Team um Aurelien Houard nun im Fachmagazin „Nature Photonics“ schreibt. Die Wissenschaftler führen das auf die im Vergleich zu früheren Versuchen um zwei Größenordnungen höhere Laserpuls-Wiederholungsraten zurück. Der eingesetzte Laser strahlte Licht von etwa einem Mikrometer Wellenlänge und mit einer Wiederholungsrate von 1.000 Hertz aus.
Beliebter Ort für Blitzeinschläge
Die Forscher profitierten davon, dass der Turm auf dem Säntis in den vergangenen Jahren immer wieder für Messungen an Blitzen genutzt wurde. „Dieser Turm, der etwa 100-mal im Jahr vom Blitz getroffen wird, ist mit mehreren Sensoren ausgestattet, die den Blitzstrom, elektromagnetische Felder in verschiedenen Entfernungen, Röntgenstrahlen und Strahlungsquellen der Blitzentladungen aufzeichnen“, schreiben die Studienautoren. Sie installierten weitere Messgeräte und zwei Hochgeschwindigkeitskameras, die Blitzeinschläge mit bis zu 24.000 Bildern pro Sekunde aufzeichneten.
Diese Kameras waren 1,4 und fünf Kilometer von der Turmspitze entfernt und lieferten nur bei guter Sicht brauchbare Ergebnisse. Dies war bei einem der vier aufgezeichneten Blitze, bei denen der Laser eingeschaltet war, der Fall. Die Kamerabilder zeigen, dass sich der Blitz mehr als 50 Meter lang um den Laserstrahl herumwindet und dann in den Blitzableiter des Turms einschlägt. Der leicht geneigte Laserstrahl war so ausgerichtet, dass er der Turmspitze nahekam.
Laser erzeugt Kanal mit geringer Luftdichte
Physikalisch gesehen passiert wahrscheinlich Folgendes: Die intensiven Laserpulse heizen die Luft stark auf, so dass viele Luftmoleküle in die kühlere Umgebung entweichen; es entsteht entlang dem Laserstrahl eine Art Kanal mit sehr geringer Luftdichte, ein sogenanntes Filament. In diesem Filament ist die Luft erheblich leitfähiger als in der Umgebung, weshalb sie Blitzableitungen erleichtert. Vergleiche mit aufgezeichneten Blitzen ohne Laser zeigen, dass der Blitz durch die Führung des Lasers sehr viel zielgenauer den Blitzableiter des Turms trifft.
„Die Ergebnisse der Säntis-Versuchskampagne im Sommer 2021 liefern Indizienbeweise dafür, dass Filamente, die durch kurze und intensive Laserpulse gebildet werden, Blitzentladungen über beträchtliche Distanzen leiten können“, lautet das Fazit der Studienautoren. Diese vorläufigen Ergebnisse sollten jedoch durch weitere Versuchsreihen mit neuen Anordnungen bestätigt werden.