Tańczący z piorunami. (Nie)uchwytne narzędzie bogów przedmiotem badań

Nicola Tesla marzył, nawet nad tym pracował, by pioruny ujarzmić, uwięzić, magazynować i wykorzystywać. Obecny stan wiedzy pozwala mieć nadzieję, że to marzenie kiedykolwiek się ziści?

Rzeczywiście, w skali naszej planety to dość duża energia, bo wyliczono, że w skali roku dochodzi do około 1,5 miliarda wyładowań atmosferycznych. Problem w tym, że nie wiemy, w którym miejscu piorun uderzy. Ale tak, były próby przejęcia pioruna, skoro dawno temu w Szwajcarii przewieszono w tym celu metalowy przewód między dwoma szczytami. Generalnie jednak, to nie są rozwiązania, które można byłoby implementować dla potrzeb energetyki. Podchodzę do tego pomysłu sceptycznie, bo znacznie większy potencjał energetyczny, niż wyładowanie atmosferyczne, ma chmura burzowa. Piorun, to tylko odprysk rezerwuaru energii w chmurze, w której ładunki elektryczne są rozmieszczone przestrzennie. Piorun, to tylko taki niewielki „pstryczek” energii, dochodzący do ziemi. A najczęściej nie dochodzący, skoro z wszystkich wyładowań tylko czwarta ich część dochodzi. Reszta strzela wewnątrz chmury i między chmurami. Można pojedyncze wyładowania łapać instalacjami na obiektach o wysokości 100 – 200 i więcej metrów nad podłożem, bo takie trafiane są kilka – kilkanaście razy w roku.

Potrafimy zmusić chmury, by lunęły deszczem, potrafimy sprowokować wyładowania?

Potrafimy wyładowania „ukierunkować”. Wcześniej stosowano rakietki, wystrzeliwane w kierunku chmury burzowej, które ciągnęły za sobą element przewodzący - drut i piorun korzystał z tej drogi przepływu energii. Prowadzono eksperymenty z miotaczami ognia, płomień potrafi jonizować powietrze, a takie łatwiej przewodzi prąd. Potem były próby wykorzystania lasera, który potrafi jonizować powietrze. W szwajcarskim laboratorium piorunowym przeprowadzono eksperyment z laserem o wysokiej mocy. Na szczyt alpejskiej góry Santis wytaszczono to bardzo ciężkie urządzenie laserowe, wiązkę kierowano podczas burzy w chmury burzowe i udało się laserem przechwycić naturalnie zaistniałą energię wyładowania. Kiedy tylko piorun „dotknął” wiązki lasera, miał ścieżkę, po której mógł zejść na ziemię. Nie był na tyle silna, by zainicjować samo wyładowanie, ale wystarczająco, by nadać mu kierunek. To interesujące rozwiązanie, bo przy jego pomocy moglibyśmy chronić obiekty przed zagrożeniem. Na początek obiekty o znaczeniu strategicznym, choćby reaktory jądrowe, wyrzutnie promów kosmicznych. Obecnie stosowane zabezpieczenia przeciwgromowe dotykają obiektu chronionego, zastosowanie wiązki lasera pozwalałoby uzyskać ten sam efekt, ale energia wyładowania nie miałaby bezpośredniego kontaktu z obiektem.

Czysta, niemal darmowa energia, więc czemu nie skorzystać? Problemy z magazynowaniem?

Wszystkich półtora miliarda wyładowań w roku i tak nie da się wyłapać. W zasadzie tę energię już ujarzmiliśmy, ale nie potrafimy, a w zasadzie nie mamy potrzeby wykorzystywać jej praktycznie. Ujarzmiliśmy w tym sensie, że możemy zmierzyć i określić parametry prądu, który płynie w kanale piorunowym, możemy nawet zmagazynować pojedyncze wyładowania, tylko to nie ma ekonomicznego sensu, bo energia pojedynczego pioruna wcale nie jest, wbrew powszechnemu mniemaniu, taka duża. Gdyby można wyłapać wszystkie półtora miliarda, to z wyliczeń wynika, że zasilą ledwie kilkadziesiąt milionów domków jednorodzinnych, z których każdy zużywa średnio 4 megawatogodziny rocznie. Pojedynczy piorun ma dużą moc, bo energia skumulowana jest w mikrosekundach, ale to nie czyni go obiecującym źródłem energii do praktycznego wykorzystania.

Na czym polega specyfika badań z „partnerem naukowym”, który jest trudno przewidywalny, incydentalny, na którego trzeba czekać i nie wiadomo, czy w ogóle się pojawi?

Wydaje się, że ta dziedzina nauki jest bardzo specjalistyczna, tymczasem ma wiele nurtów: są naukowcy, zajmujący się badaniem samych wyładowań, ich parametrów, temperaturę plazmy i szereg innych aspektów tego zjawiska. Są tacy, którzy zajmują się ochroną odgromową, którzy o fizyce wyładowań też powinni sporo wiedzieć. Na dachu uczelnianego budynku mamy stację wyładowań, a takich na świecie jest niewiele, która rejestruje wyładowania szybką kamerą wideo. W marcu uruchomiliśmy stacje monitoringu prądu piorunowego na wieżowcu Olszynki Park w Rzeszowie. Dane z obu źródeł dadzą nam komplet podstawowych wiadomości o piorunach. Właśnie otrzymaliśmy grant ze szwajcarskiej fundacji, dzięki któremu będziemy badać oddziaływania piorunów na turbiny wiatrowe. A te zbudowane są z kompozytów, więc nie tak idealne, jak metale. Ochrona odgromowa takich obiektów to duże wyzwanie, bo wiele z nich ulega uszkodzeniom właśnie w czasie burzy. Jest grupa „badaczy piorunów”, zajmują się ochrona odgromową statków powietrznych, też specyficzna branża, inni specjalizują się w ochronie sieci elektroenergetycznych. I nie jest tak, że każdy, kto zajmuje się wyładowaniami, orientuje się we wszystkich tych specjalnościach.

Czysty mit. Wysoki obiekt, prawdopodobieństwo trafienia przez wyładowanie wzrasta. W maszt telekomunikacyjny może uderzyć kilkanaście razy w roku.

Telefon komórkowy „ściąga pioruny”.

Też mit. Fale elektromagnetyczne, które dochodzą do telefonu komórkowego, nie jonizują powietrza, więc nie ułatwiają piorunowi przepływu energii. Telefon nie może zjonizować powietrza, jak wspomniany wcześniej laser dużej mocy, bo częstotliwość fal jest zbyt mała, bo do jonizacji doszło. Jeśli zdarza się, że piorun trafi człowieka, a przecież tak się zdarza, to nie ma związku z tym, że rozmawiał bądź nie przez telefon. Takie stanowisko zawarliśmy w nocie Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej, dodając jednocześnie, że podczas burzy lepiej unikać korzystania z komórki. I wcale nie dlatego, że ”ściąga pioruny”, po prostu zawiera części metalowe, które mogą być rozgrzane przez trafiające w człowieka wyładowanie. Energia pioruna spływa przez warstwy powierzchniowe człowieka, przez skórę, ale płynąc – nagrzewa elementy metalowe. Stąd potem poparzenia od medalika, wisiorka na szyi, pierścionka, itd. Uderzenie pioruna można przeżyć, ale po co prowokować poparzenia? Owszem, można użyć telefonu podczas burzy, by krótko wezwać pomoc w razie potrzeby, ale nie wdawać się w dysputy.

Podczas burzy nie wychodź z samochodu, jeśli jesteś w trasie, a pasażer samolotu jest bezpieczny, bo klatka Faradaya chroni.

Tu prawda z mitem dzielą się pół na pół. Próbowałem to wyjaśniać publicznie, jakoś mi się z tym przekazem nie udało przebić. Klatka Faradaya, ze względu na to, że jest metalowa, ma niwelować pole elektryczne wewnątrz niej. W zasadzie jest bardzo dobrym urządzeniem odgromowym, bo kiedy trafi w nią piorun, energia rozpływa się po owej klatce i spływa do ziemi. Samochód nie jest idealną klatką Faradaya, nie cała jego powierzchnia jest metalowa, ale rzeczywiście wewnątrz jesteśmy bezpieczniejsi przed wyładowaniami. Niezorientowani mówią, że tym bardziej bezpieczni, że samochód dotyka podłoża gumowymi, więc - jak twierdzą - nieprzewodzącymi prądu oponami. I proszę sobie wyobrazić, że skoro piorun jest w stanie przejść przez chmury, potem kilka kilometrów odległości do ziemi, to 30 centymetrów gumy też pokona. I może się zdarzyć, że po prostu „rozwali” oponę, a widywałem już opony pokonane przez piorun. Jeśli podczas takiego zdarzenia przemieszczamy się samochodem, to o wypadek nietrudno. Rozsądniej jest przetrwać burzę na parkingu, czy na poboczu, jeśli nie ma bezpieczniejszego miejsca. W samolocie rzeczywiście jest bezpiecznie. Obserwacje dowodzą, że taki latający stale, co najmniej raz w roku otrzymuje bezpośrednie trafienie, a nie słychać, by z tego powodu spadały co chwila. Już nie mówiąc o tym, że często kursują w pobliżu przestrzeni burzowych z wyładowaniami, narażone są na działania pola elektromagnetycznego, które może oddziaływać także na elektronikę statku powietrznego.

Zapytam jeszcze o praktyczny, użytkowy cywilizacyjnie wymiar pana i pana współpracowników pracy naukowej.

W naszym ośrodku prowadzimy badanie nad systemami bezpieczeństwa awioniki, by samoloty mogły bezpieczniej latać w warunkach burzowych. Badamy oczywiście wyładowania atmosferyczne, jako zjawisko fizyczne i ich parametry, co ma na celu także rozwój systemów lokalizacji tych wyładowań. A teraz wchodzimy w nowy obszar, czyli system odporności turbin wiatrowych.