Laser als Blitzableiter

Palaiseau (Frankreich) - Vor fast 275 Jahren erfand Benjamin Franklin den Blitzableiter. Seitdem schützen lange Metalldrähte an Gebäuden nach dem immer noch gleichen Prinzip vor Blitzeinschlag und leiten die elektrischen Entladungen kontrolliert in den Boden. Laser werden seit gut zwei Jahrzehnten diskutiert, um Gebäude und ganze Areale noch besser vor den gefährlichen Einschlägen zu schützen. Nach erfolglosen Feldversuchen in den USA und Singapur gelang nun einer internationalen Forschergruppe, den Weg eines Blitzes mit Lasern zu lenken. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“ berichten, könnten mit dieser Methode in Zukunft beispielsweise Flughäfen oder andere große Infrastrukturen vor unkontrolliertem Blitzschlag bewahrt werden.

Das Team um Aurélien Houard von der École Polytechnique in Palaiseau bei Paris installierte für ihren Feldversuch im Sommer 2021 einen starken Laser auf dem 2502 Meter hohen Säntis in den Schweizer Alpen. Auf dem Gipfel steht ein 124 Meter hohen Funkturm, in den bei Gewittern pro Jahr bis zu 100 Blitze einschlagen – ideale Bedingungen für den Feldversuch. Während der Gewitter strahlte der Laser 1000 mal pro Seukunde kurze, intensive Laserblitze mit einer Wellenlänge von 1030 Nanometern und einer Energie von 720 Millijoule pro Laserpuls in die Höhe. Die Laserstrahlen führten dabei nah an der Spitze des Turms – ausgestattet mit einem konventionellen Blitzableiter – vorbei.

Am 24. Juli gelang es den Wissenschaftlern, insgesamt vier Blitze mit den kurzen Laserpulsen über etwa 50 Meter zur Spitze des Turms abzulenken. Einen dieser kontrollierten Einschläge konnten sie sogar mit einer Hochgeschwindigkeitskamera filmen. Verantwortlich für diese Ablenkung war ein vom Laserpuls erzeugter Kanal mit relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit. Dazu heizte der Laser die Moleküle in der Luft schnell auf, so dass sie mit Überschallgeschwindigkeit radial nach außen drifteten. Dadurch entstand für einige Millisekunden ein langer Kanal mit reduzierter Dichte und erhöhter elektrischer Leitfähigkeit. Die untersuchten Blitze folgten bevorzugt diesem Kanal bis zur Turmspitze.

Dieser Feldversuch zeigte zum ersten Mal, dass die Ablenkung von Blitzen auch unter realen Bedingungen und nicht nur im Labor funktioniert. Wichtig war dabei die hohe Laserpulsrate. So entstand genau im richtigen Moment der Blitzausbreitung ein Kanal hoher Leitfähigkeit. Das Experiment legt die Basis für weitere Studien zur Ablenkung von Blitzen und ihrem Ausbreitungsverhalten. Bis mehrere starke Laser beispielsweise rund um einen Flughafen installiert werden können, um bei Gewitter die Blitze gezielt von den Startbahnen und den Flugzeugen abzulenken, sind aber noch einige Entwicklungsjahre nötig.