Munje su opasan prirodni fenomen koji nastaje kada se električni naboj nagomila u oblacima i iznenada isprazni na tlo te se tada nazivaju grom. Ova električna pražnjenja mogu uzrokovati štetu na objektima, uključujući zgrade i drugu infrastrukturu. Osim toga, udari groma mogu uzrokovati ozbiljne pa čak i fatalne ozljede osobama koje se zateknu na otvorenom tijekom grmljavinske oluje. Udari groma su jedan od vodećih uzroka smrti povezanih s vremenskim neprilikama diljem svijeta. Važno je naglasiti da je današnje poznavanje fizikalnih procesa nastanka munja i gromova još uvijek na nezadovoljavajućoj razini i mnogo toga preostaje tek biti otkriveno i razjašnjeno.
Štete uzrokovane udarima groma mogu varirati od minornih do katastrofalnih. Po udaru groma na slabo štićenim objektima nerijetko nastaje požar, a električna oprema se može oštetiti ili potpuno uništiti. Udari groma mogu izazvati i velike šumske požare, posebno ljeti kad je temperatura visoka i vlažnost zraka niska. Zbog svih tih opasnosti od posljedica pražnjenja atmosferskog elektriciteta, zaštita od udara groma važan je aspekt sigurnosti života i imovine. Prvi znanstvenik koji se je bavio ovom problematikom bio je Benjamin Franklin. U svojem poznatom eksperimentu puštanja zmaja na užetu prema grmljavinskom oblaku, pri čemu je samo pukom srećom izbjegao izravan udar groma te tako iz eksperimenta ipak izašao živ, prvi je dokazao da su munje i gromovi zapravo električna pražnjenja između električki nabijenog oblaka i tla ili između dva dijela oblaka suprotnih električnih naboja.
Danas postoji nekoliko metoda za zaštitu od udara groma, uključujući tradicionalne i moderne tehnike, koje mogu pomoći u smanjenju rizika od oštećenja od udara groma. Jedna od najčešćih metoda zaštite od munje je korištenje gromobrana, također poznatih kao “Franklinovi štapovi”. Da, po već ranije spomenutom liku koji je temeljem svojih po život opasnih eksperimenata izumio prvu metodu za zaštitu građevina od udara groma. Klasični gromobrani su uzemljene metalne šipke postavljene gornjim krajem na vrhove zgrada i drugih štićenih struktura, koje privlače udare groma na sebe i pružaju put niskog električnog otpora prema Zemlji. Dodatne metode zaštite od posljedica udara groma za primjerice električne uređaje uključuju korištenje prenaponskih zaštita i izvora neprekidnog napajanja (UPS). Prenaponski štitnici su uređaji koji su dizajnirani za zaštitu elektronike i uređaja od skokova napona uzrokovanih udarima groma, dok UPS sustavi osiguravaju rezervno napajanje tijekom nestanka struje i prenapona. No, to nije sve i unatoč značajnoj redukciji šteta uzrokovanih udarima groma, znanstvenici smatraju kako dosad spomenuto nije konačno rješenje te traže bolje, suvremenije metode koje bi se u budućnosti mogle koristiti umjesto, ili uz postojeće sustave kao nadopuna.
Istraživanje koje datira još iz 60-tih godina prošlog stoljeća (Newman, 1965) je pokazalo da se pražnjenje munje može inicirati pomoću male rakete i dugačke, uzemljene vodljive žice i na taj način udar groma se može voditi dalje od štićenog područja umjesto po gromobranu uz sam objekt. Ova metoda rakete i žice, razlikuje se od tradicionalnih gromobrana i po tome što aktivno pokreće izboj, umjesto da pasivno osigurava put niskog otpora kojeg grom slijedi prema tlu uz štićeni objekt. Iako ima visoku stopu uspješnosti – do 90%, ovakva metoda zahtijeva potrošne materijale, a krhotine koje padaju s rakete i žice također mogu predstavljati opasnost.
U nedavnom istraživanju (Houard et al., 2023) znanstvenici su došli do pomalo revolucionarnog otkrića koje bi moglo promijeniti način na koji se štiti objekte ili cijela područja od groma. Koncept korištenja lasera za iniciranje izboja munje prvi put je predložen u 1970-tima (Ball, 1974). Nakon par neuspješnih pokušaja u drugim kampanjama, u nedavnom istraživanju provedenom u Švicarskoj tijekom ljeta 2021., laserski “vodič” je korišten za iniciranje i vođenje izboja prema TV tornju. Takav proces uključuje slanje intenzivnih, kratkih laserskih impulsa prema oblacima, koji ioniziraju molekule zraka kako bi formirali atmosferski kanal visoke električne vodljivosti. Ovi kanali služe kao “privilegirani put” za električna pražnjenja, koja mogu biti pokrenuta i vođena pomoću tako formiranih laserskih impulsa. Ionizirana duljina kanala može doseći stotine metara, a proces se može kontrolirati tako da počinje na udaljenosti od reda veličine jedan kilometar od laserskog izvora. Rezultati ovog projekta potvrđeni su snimanjem kamerama velike brzine i interferometrijskim mjerenjima vrlo visoke frekvencije. Ipak, rezultati pokazuju da je “upravljanje” gromovima uspješno tek djelomično te da preostaje još mnogo napora da se ovakva tehnologija usavrši do stupnja kad bi postala pouzdana mjera zaštite.
Ovo revolucionarno otkriće označava mali ali važan korak naprijed u razvoju laserske zaštite od udara groma. Ovo bi se istraživanje moglo primijeniti za zaštitu velikih infrastruktura poput zračnih luka, lansirnih rampi ili čak cijelih gradova od opasnosti od atmosferskog elektriciteta. Zaključno, istraživanje pokazuje da laserski inducirani kanali visoke električne vodljivosti potencijalno mogu usmjeravati munju na značajne udaljenosti od štićenog objekta ili područja. S daljnjim istraživanjem i razvojem, laserska zaštita mogla bi postati ključni alat u zaštiti ljudi i infrastrukture od opasnosti od ove atmosferske pojave. Cijeli rad moguće je pročitati na ovom linku.
Reference
Ball, L. M. The laser lightning rod system: thunderstorm domestication. Appl. Opt. 13, 2292–2295 (1974).
Houard, A., Walch, P., Produit, T. et al. Laser-guided lightning. Nat. Photon. (2023).
Newman, N. M. in Problems of Atmospheric and Space Electricity 482–490 (Elsevier, 1965).
