Je leest:

Regen maken met lasers

Regen maken met lasers

Auteur: | 10 mei 2010

Controle over het weer, dat is een wens waar wetenschappers al veel tijd en moeite in hebben gestoken. Een nieuwe vinding laat zien dat lasers kunnen worden ingezet om regen te doen vallen. Geen oplossing voor droogte, wel een stap dichterbij een weerbericht op bestelling.

Heuvelafwaarts rijd je een stad tegemoet. In het donker zie de duizenden lichtjes van de vele huizen en gebouwen in de stad, en in het midden schijnen een aantal bundels laserlicht kleurig de lucht in – een lasershow, als reclame voor een grote discotheek. Of komt die bundel uit een wetenschappelijk instituut?

Een grote lasershow in de Duitse stad Hamelen.
Hameln.de

Als het aan een groep Duitse, Franse en Zwitserse onderzoekers ligt misschien binnenkort wel. Lasers kunnen namelijk gebruikt worden, zo blijkt uit hun experimenten, om de piepkleine waterdruppeltjes die in de lucht aanwezig zijn samen te doen klonteren tot regendruppels. Zo zou je een regenbui kunnen opwekken die anders later of elders was gevallen. Dat kan fijn zijn, als je voor een belangrijk evenement goed weer nodig hebt. Of om de regenval te concentreren op akkers waar het water welkom is.

De onderzoekers ontdekten eerder al dat laserstralen effect kunnen hebben op processen in de atmosfeer. Als je een laserbundel maakt van ultrakorte pulsen zal die laserstraal opbreken in een soort linten die zichzelf dun en scherp houden. Dat komt door het optische Kerr-effect (zie kader). Deze linten kunnen heel hoog in de atmosfeer komen zonder minder intens te worden. Hun gebundelde energie kan daar de wolken beïnvloeden. In 2008 lieten dezelfde onderzoekers er al mee zien dat ze onweerswolken op honderden meters hoogte kunnen bereiken waardoor er ontladingen in die wolken gestimuleerd worden. Nu blijkt dat minieme waterdruppeltjes in de lucht met behulp van dit laserlicht ook in grotere druppels gedwongen kunnen worden.

Regen ontstaat als de luchtvochtigheid zo hoog wordt dat de kleine druppeltjes in wolken samenklonteren tot grote druppels, die onder invloed van de zwaartekracht naar beneden vallen. Om een grote druppel te krijgen heb je een condensatiekern nodig, een zandkorreltje of een stukje stof. Daarom regent het in gebieden met veel luchtvervuiling gemiddeld vaker en minder hard.

Het optische Kerr-effect

Het optische Kerr-effect (ook wel AC Kerr-effect) treedt op in een elektrisch veld dat van licht gemaakt is. Normaal gesproken is licht zo zwak dat het elektrische veld ervan verwaarloosbaar is, maar in een hele sterke laserbundel gaat dat veld het licht beïnvloeden. De brekingsindex van het materiaal waar de lichtbundel in zit verandert plaatselijk. Het effect daarvan is dat de lichtbundel zichzelf scherpstelt – een heel handig effect voor laserstralen die een lange afstand moeten afleggen!

Het recept om regen te maken met behulp van laserlicht is eenvoudig: neem een ruimte waarin een beetje waterdamp aanwezig en schiet daar de sterk gebundelde laserlinten in. In een experimentruimte met een hoge luchtvochtigheid was met het blote oog te zien hoe zich druppels vormden in het pad van de laser. Ook buiten, bij goed weer, bleken er spontaan druppels te ontstaan als de laserbundels door de lucht gericht werden.

Laserbundels kunnen dus druppelvorming bevorderen, maar hoe werkt dat precies? De onderzoekers hebben nog geen sluitend antwoord gevonden op die vraag, maar ze hebben wel wat ideeën. Zo worden de laserdraden plaatselijk heel erg heet, en door het temperatuurverschil met de omgeving ontstaan er mini-schokgolven in de lucht. Die kunnen ervoor zorgen dat kleine druppeltjes tegen elkaar aan geschoten worden. Ook zorgt het laserlicht ervoor dat de druppeltjes lading krijgen, en druppeltjes met verschillende elektrische lading trekken elkaar aan.

Het experiment dat de wetenschappers uitvoerden vond plaats in een speciaal ontworpen kamer. De temperatuur is boven hoger dan beneden. De laserstraal die de druppels maakt gaat van links naar rechts door de kamer. Van voor naar achteren gaat een andere laserstraal, die de eventuele druppels verlicht. Dat wordt van bovenaf gefilmd met een camera.
Nature Photonics

Als blijkt dat lasers kunnen worden ingezet om niet alleen druppels, maar ook regen te maken, kan het goed dat ze al snel in gebruik genomen worden. De huidige methodes om het weer te controleren maken allemaal gebruik van het toevoegen van condensatiekernen aan wolken. Het is nog nooit vastgesteld dat dat echt werkt, en bovendien zijn de raketten en poeders die op de wolken geschoten worden slecht voor het milieu. De nieuwe methode is wel experimenteel bewezen, en bovendien voegt laserlicht niets aan de atmosfeer toe. Helaas betekent het nog geen oplossing voor droogte: om regen te maken moet er namelijk al vocht aanwezig zijn in de lucht.

Bron: Laser-induced water condensation in air, Rohwetter et al., Nature Photonics (2010)

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 10 mei 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.