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Pararrayos a láser: el futuro ha llegado

Así como el láser ha sido vital en el progreso de la medicina, también lo es ahora para las ciencias atmosféricas. En este caso, asociadas a las tormentas eléctricas que generan la caída de rayos hacia la superficie terrestre.

Rayos desviados con láser
Los rayos son responsables de daños y muertes considerables. Fuente: Houard et al. 2023.

Cortes de energía eléctrica, incendios forestales, daños en la infraestructura y lesiones personales pueden ser el saldo que deje la caída de rayos. Según los datos satelitales, la tasa total de relámpagos en todo el mundo, se estima entre 40 y 120 relámpagos por segundo. Controlar estos eventos meteorológicos, para muchos, es un sueño desde hace décadas.

El estudio "Laser-guided lightning", publicado en la Revista Nature Photonics, presenta la primera demostración de filamentos inducidos por láser. Estos filamentos son originados por pulsos láser, cortos e intensos con dirección hacia el cielo, y serían capaces de guiar descargas de rayos a largas distancias.

El número documentado de muertes por rayos supera las 4.000, y los daños asociados ascienden a miles de millones de dólares cada año.

El equipo de investigación menciona: "creemos que este avance experimental conducirá al progreso de la protección contra rayos y la física de rayos". Un enorme desafío que generaría un beneficio a escala global.

El pararrayos nos ha protegido por casi 300 años

La protección exterior más utilizada contra la caída directa de rayos sigue siendo el pararrayos, invento que se atribuye a Benjamín Franklin durante el siglo XVIII.

Rayo y parrrayos en un edificio durante la noche
El pararrayos es una herencia meteorológica y humana que nos dejó el polímata Benjamín Franklin.

El pararrayos consiste en un mástil puntiagudo conectado a tierra cuya función principal es proteger los edificios, y su entorno más cercano, proporcionando un punto de impacto preferencial para el rayo. De esta manera, su corriente eléctrica es guiada con seguridad a tierra.

Desviando los rayos con potentes pulsos láser

Durante el verano (hemisferio norte) de 2021 se llevó a cabo una campaña experimental en la montaña Säntis, ubicada en el noreste de Suiza. Ahí se instaló un láser de teravatios (un billón de vatios), que incluye una alta tasa de repeticiones, y una torre. En este sentido, el principio utilizado consiste en enviar pulsos de láser intensos y cortos hacia las nubes.

Aunque la investigación de rayos ha estado muy activa durante más de 20 años, este es el primer resultado que demuestra, experimentalmente, rayos guiados por láser.

En el experimento, dos cámaras de alta velocidad se instalaron separadas. Ellas registraron el guiado de un rayo negativo (hacia arriba) sobre una distancia de 50 metros.

Imagen de dos cámaras captando la caída de un rayo
Rayo registrado el 24 de julio de 2021 en (a) Schwaegalp (b) Kronberg. Fuente: Houard et al. 2023.

El guiado de rayos negativos por filamentos láser, se corroboró en otros 3 casos. Proceso que se realizó con mediciones interferométricas (técnica que combina ondas electromagnéticas) de altísima frecuencia.

Resultados obtenidos con mucha paciencia

Entre el 21 de julio y el 30 de septiembre del año 2021, el láser estuvo en funcionamiento durante más de 6 horas de actividad tormentosa. El evento meteorológico se produjo en un radio de 3 kilómetros en torno al lugar de la campaña.

La torre fue alcanzada por, al menos, 16 relámpagos, cuatro de los cuales ocurrieron durante la actividad del láser. Los cuatro eventos láser registrados fueron asociados a destellos positivos (caída de rayos), conectando la parte superior de la torre con la nube. Todos estos rayos fueron desviados hacia arriba.

Finalmente, la investigación referenciada es capaz de allanar el camino para nuevas aplicaciones atmosféricas. Como si fuera poco, representa un importante paso en el desarrollo de una protección de rayos basada en láser. Los beneficiados podrían ser los aeropuertos, las plataformas de lanzamiento o las infraestructuras de tamaño colosal.