Laser als Blitzableiter

Vor fast 275 Jahren hat Benjamin Franklin den Blitzableiter erfunden. Seitdem schützen lange Metalldrähte an Gebäuden nach dem immer gleichen Prinzip vor Blitzeinschlägen und leiten die elektrischen Entladungen kontrolliert in den Boden. Seit gut zwei Jahrzehnten wird jedoch diskutiert, wie sich mit Lasern Gebäude und ganze Gebiete vor den gefährlichen Blitzeinschlägen schützen lassen. Nun ist es einer Forschergruppe erstmals gelungen, den Weg eines Blitzes durch die Luft mit Lasern zu steuern. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“ berichten, ließen sich mit dieser Methode künftig etwa Flughäfen oder andere große Infrastrukturen vor unkontrollierten Blitzeinschlägen bewahren.

Sein Experiment hat das Team um Aurélien Houard von der ENSTA Paris in den Schweizer Alpen durchgeführt. Dort haben die Wissenschaftler im Sommer 2021 einen starken Laser auf dem 2502 Meter hohen Berg Säntis neben einem 124 Meter hohen Funkturm installiert. In diesen Turm schlagen pro Jahr bis zu 100 Blitze ein – ideale Bedingungen für den Feldversuch. So ließen die Forscher den Laser während Gewittern pro Sekunde 1000 kurze, grüne Laserpulse in die Höhe strahlen. Die Laserstrahlen führten nah an der Spitze des Turms – ausgestattet mit einem konventionellen Blitzableiter – vorbei. Am 24. Juli ist es den Wissenschaftlern dann gelungen, vier Blitze vor dem Einschlag mit den Laserpulsen mehr als 50 Meter oberhalb der Turmspitze abzulenken. Einen dieser kontrollierten Einschläge haben sie sogar mit einer Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt.

Dass die Laserstrahlen den Blitz erfolgreich von seinem ursprünglichen Ziel abgelenkt haben, liegt an einem physikalischen Phänomen: Vom Laser angestrahlte Moleküle heizen sich auf und schießen mit Überschallgeschwindigkeit nach außen. Dadurch entsteht für einige Millisekunden ein Kanal mit geringer Dichte und erhöhter elektrischer Leitfähigkeit. Ebendiesem Kanal folgen die Blitze dann bevorzugt bis zur Turmspitze. Entscheidend ist, dass dieser Kanal genau im richtigen Moment entsteht, wenn der Blitz sich ausbreitet. Damit dies gelingt, haben die Forscher die Rate, wie viele Laserpulse pro Sekunde gen Himmel strahlen, entsprechend hoch gewählt.

Dieser Feldversuch zeigt erstmals, dass es auch unter realen Bedingungen und nicht nur im Labor funktioniert, Gewitterblitze abzulenken. Das Experiment legt die Basis für weitere Studien darüber, wie sich Blitze ablenken lassen und ausbreiten. Bis Laser bei Gewitter jedoch gezielt Blitze etwa von den Startbahnen und Flugzeugen rund um einen Flughafen ablenken, sind aber noch einige Entwicklungsjahre nötig.