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Editoria: Invenções e Descobertas
Sexta-feira, 16 jan 2015 - 10h27

Cientistas disparam relâmpagos utilizando raios laser

Quase todos conhecem a célebre experiência feita por Benjamin Franklin em 1752 durante uma violenta tempestade que ocorria na Filadélfia. Para provar que os raios e trovões estavam associados a fenômenos elétricos, o norte-americano fez voar uma pipa construída ao redor de uma armação metálica e guiada por um fio de ferro.

A experiência provou a natureza elétrica do fenômeno e demonstrou que os raios das tempestades podiam ser conduzidos até a terra, o que posteriormente possibilitou a invenção do pára-raios. O experimento também permitiu que Franklin identificasse as cargas elétricas positivas e negativas.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores europeus realizou um experimento semelhante ao de Benjamin Franklin, mas ao invés de usarem uma pipa e uma linha metálica, empregaram pulsos de raios laser apontados para o interior de uma nuvem de tempestade.

No entanto, o objetivo dos cientistas foi um pouco diferente e de acordo com a equipe, esta foi a primeira vez que uma atividade elétrica foi disparada artificialmente através de lasers no interior de uma nuvem de tempestade. O trabalho foi publicado no periódico Optics Express, da Optical Society of America.

O experimento foi realizado no Novo México durante a passagem de duas tempestades.

Segundo os cientistas, os pulsos de laser foram empregados na tentativa de se criar pequenos filamentos de plasma capazes de conduzir a eletricidade, mas por terem um tempo de vida muito curto não conseguiram conduzir o relâmpago até o solo, mas possibilitaram a geração artificial de descargas no interior da tempestade.

"Este é um importante passo inicial para disparar relâmpagos por meio de lasers", disse Jérôme Kasparian, ligado à Universidade de Lyon, na França. "Foi a primeira vez que geramos relâmpagos precursores no interior de uma nuvem", disse. O próximo passo, segundo Kasparian, é gerar um relâmpago completo. Para isso a equipe deverá reprogramar os lasers para que a seqüência de pulsos produza filamentos de plasma com maior período de duração, permitindo a condução do relâmpago.


Utilidades
Disparar relâmpagos artificialmente é uma importante ferramenta para as pesquisas básicas e avançadas, pois permite aos pesquisadores estudar e compreender os mecanismos que cercam o fenômeno. Além disso, possibilitará aos engenheiros desenvolver e testar a sensibilidade dos aviões e linhas de transmissão às descargas elétricas.


Filamentos de Plasma
De acordo com Kasparian, os pulsos de lasers representam uma importante e poderosa tecnologia para o disparo artificial de relâmpagos, pois podem produzir um grande número de filamentos de plasma - canais ionizados de moléculas no ar que agem como fios elétricos conectados à tempestade. A idéia não é nova e foi proposta há mais de 30 anos, mas somente agora os lasers alcançaram a potência suficiente para gerar os longos canais de plasma.

Kasparian e seus colegas fazem parte do projeto Teramobile, um programa internacional iniciado pelo CNRS, Centro Nacional de Pesquisa Científica, da França, em conjunto com o DFG, a Fundação de Pesquisas da Alemanha.

Para os experimentos os pesquisadores construíram um poderoso laser móvel, capaz de gerar grandes canais de plasma através do disparo de pulsos de luz ultra curtos. Para testar o equipamento a equipe de Kasparian escolheu o Laboratório de Langmuir, no Novo México (EUA), equipado com os mais modernos instrumentos capazes de medir as descargas elétricas. Langmuir se localiza a 3.200 metros de altitude, próximo às nuvens de tempestade, o que facilita bastante a condução dos testes e coleta de dados.


Pulsos Mais Potentes
Durante os experimentos, os pesquisadores puderam quantificar a atividade elétrica no interior das nuvens antes e depois do disparo dos pulsos. As análises estatísticas mostraram que os disparos aumentaram a atividade elétrica na nuvem bombardeada e como efeito geraram pequenas descargas localizadas na posição dos canais de plasma.

A limitação do experimento é que os canais de plasma tinham duração muito curta, insuficientes para conduzir o relâmpago até o solo. As observações mostraram que os filamentos se dissipavam antes que o raio percorresse alguns metros. Para contornar essa limitação a equipe pretende aumentar em 10 vezes a potência do laser empregado e usar rajadas de pulsos (trem de pulsos para os afeitos à eletrônica) para gerar os canais de forma mais eficiente.


Foguetes
As descargas elétricas têm sido objeto de investigação científica bem antes de Benjamin Franklin, e apesar disso, ainda não são totalmente compreendidas. Desde os anos de 1970, os cientistas têm disparado raios artificialmente através do lançamento de pequenos foguetes no interior das nuvens de tempestades. Ao subirem, os foguetes desenrolam longos carretéis de fios conectados ao solo, mas apenas 50% desses lançamentos conseguem disparar e conduzir os raios. O uso da tecnologia laser poderá tornar o processo mais simples, rápido e eficiente, além de abrir um novo campo de estudos e aplicações.

Fotos: No alto, o laser Teramobile dispara feixes de luz contra uma torre carregada e um eletrodo aterrado (não mostrado), no interior do abrigo de testes. Os pulsos gerados ionizam o ar, criando os filamentos de plasma (foto acima) criando relâmpagos artificiais que percorrem o caminho dos filamentos. Os feixes vistos na foto superior não são os produzidos pelo Teramobile e sim um laser-guia, utilizado para apontamento. Crédito: CNRS.







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