Mittwoch, 08. Februar 2023

Erfolgreiches Experiment
Blitze lenken durch Laser

Blitze so zu lenken, dass sie keinen Schaden anrichten, daran arbeiten Physiker schon länger. Mit einem Laser erzeugen sie einen "Kanal" für den Blitz. In der Schweiz haben sie das erstmals praktisch demonstriert.

Von Hellmuth Nordwig | 17.01.2023

Ein grüner Laser strahlt von der Bergspitze des Säntis in den Himmel.
Ein grüner Laser strahlt von der Bergspitze des Säntis in den Himmel (TRUMPF/Martin Stollberg)
Ende 2019 gelingt es dem Laser-Gerätehersteller Trumpf, erstmals einen Blitz wie durch einen Kanal genau zum gewünschten Ziel zu lenken. Möglich macht das ein sehr starker Infrarotlaser mit eintausend Pulsen pro Sekunde. Damals fand das Experiment in einem Labor in Unterföhring bei München statt, wo Geschäftsführer Knut Michel das Prinzip erklärte: "Der Blitz sucht sich ja normalerweise selber eine Vorzugsrichtung vom Himmel zur Erde. Sie kennen diese charakteristische Zickzacklinie, die er normalerweise vollführt. Und wenn wir ihm diesen Kanal sozusagen vor die Nase legen, folgt er dann nicht dieser Zickzackspur, sondern Sie können den Blitz dazu zwingen, genau diesem Kanal zu folgen." 

Folge dem Plasmakanal

Durch den starken Laserstrahl wird die Luft ionisiert, es bildet sich ein Plasmakanal. Das Plasma leitet den elektrischen Strom viel besser als Luft, sodass dem Blitz gar nichts anderes übrig bleibt, als ihm zu folgen. Um zu erproben, ob das auch in der Natur klappt, haben Forschende den zehn Tonnen schweren Laser auf den Gipfel des Säntis südlich des Bodensees transportiert - in Einzelteile zerlegt mit der Bergbahn.
"Auf dem Berg haben wir die Teile dann mehrere Wochen lang wieder zusammengesetzt und justiert", erzählt Aurélien Houard vom Labor für angewandte Optik an der Pariser Ecole Polytechnique. "In einer Art Zelt, um die Temperatur halbwegs stabil zu halten. Der Laser ist zwar im Prinzip so aufgebaut, wie ihn auch die Industrie braucht, aber doch ein Prototyp fürs Labor. Es war sehr schwierig, ihn 2.500 Meter über dem Meer zum Laufen zu bringen - dort haben wir ja keinen Reinraum."

Wolken verziehen sich fürs Experiment

Auch eine Spiegeleinrichtung musste aufgebaut werden, um den Strahl zu bündeln. Alles musste vor Regen geschützt und sturmsicher auf dem Säntis-Gipfel festbetoniert werden. Dort steht ein 124 Meter hoher Funkturm mit einem Blitzableiter, der bis zu 400 Mal im Jahr getroffen wird. Die Forschenden haben nun den Laserstrahl so ausgerichtet, dass er knapp an der Spitze des Blitzableiters vorbei in den Himmel wies und bei Gewitter eingeschaltet werden konnte. Am 24. Juli 2021 um 18:24 Uhr war es dann soweit.

"Nachdem wir den Laser am Laufen hatten, hat uns gleich das erste Gewitter die beste Aufzeichnung geliefert", sagt Aurélien Houard. "Normalerweise ist nämlich der Gipfel des Säntis bei einem Gewitter in Wolken, die Blitze sind also nicht sichtbar. Nur ein oder zwei Mal pro Jahr ist das anders. Und genau beim allerersten Einsatz des Lasers konnte man den Blitz deutlich sehen."

Laserschwert könnte Flughäfen schützen

Auf mehreren benachbarten Gipfeln waren Hochgeschwindigkeits-Videokameras installiert. Die Bilder zeigen deutlich: Der Blitz beginnt an der Spitze des Blitzableiters und folgt dann genau dem Laserstrahl senkrecht etwa 100 Meter weit in den Himmel, bevor er dann das übliche Zickzackmuster einschlägt. Der Verlauf von unten nach oben ist die Regel an diesem exponierten Ort. Noch drei weitere solche Ereignisse konnten die Forschenden dokumentieren. Dieser Erfolg bedeutet aber noch nicht, dass das System jetzt schon eingesetzt werden könnte, sagt Aurélien Houard.

"Für eine praktische Anwendung müssen wir mit dem Laserstrahl einen noch längeren Kanal erzeugen. Und wir müssen nachweisen, dass er den Blitz nicht nur lenkt, sondern auch auslöst. Denn nur dann kann man sicher sein, dass er nicht irgendwo anders einschlägt und einen bestimmten Bereich tatsächlich vor Blitzschlag schützen." Wenn es soweit ist, soll das Laserschwert kritische Infrastruktur vor Schäden bewahren, zum Beispiel Flughäfen, Raketenbasen oder Kraftwerke.