Dùng laser tạo mưa

alt

Ảnh: NOAA

Chiếu những xung laser cực mạnh qua không khí ẩm có thể kích thích sự hình thành các đám mây, theo kết quả của một đội khoa học châu Âu. Họ cho biết tính hiệu quả của phương pháp này là dễ định giá hơn so với những kĩ thuật gieo mây truyền thống và nó có thể mang lại một phương tiện thực tiễn của việc tăng lượng mưa.

Việc gieo mầm tạo mây đã được triển khai ở nhiều nước trên thế giới và thường thì người ta thêm những hạt nhỏ vào khí quyển từ những trạm mặt đất, máy bay hoặc tên lửa, để tăng cường lượng mưa và giảm mưa đá. Kĩ thuật này có thể thực hiện bằng việc sử dụng các phân tử bạc iodide làm nhân xung quanh đó nước chậm đông trong những đám mây tầng cao đông đặc lại, tạo thành tinh thể băng và rơi xuống khi đủ nặng. Người ta cũng có thể sử dụng các hợp chất khác, như các muối natri, lithi, và kali thả vào những đám mây tầng thấp để kích thích sự kết tụ của những giọt nước nhỏ.

Mặc dù việc gieo mây có thể có những lợi ích thực tiễn lớn, nhưng nó vẫn gây tranh cãi vì các nhà khoa học không thể biết được nó có thật sự làm thay đổi lượng mưa đáng kể hay không. Trong số nhiều cái chưa biết rõ là những hạn chế trong sự hiểu biết của chúng ta về các thăng giáng lượng mưa tự nhiên và kiến thức của chúng ta về quy mô mà các aerosol độc hại kích thích sự kết tủa.

Những dây ánh sáng

Philipp Rohwetter tại trường Đại học Tự do Berlin và các đồng nghiệp ở Đức, Thụy Sĩ và Pháp tin rằng họ có thể khắc phục những trở ngại này đến một chừng mực nào đó bằng cách gieo mầm các đám mây bằng những chùm laser. Để chứng minh cho ý tưởng của họ, họ đã sử dụng laser hồng ngoại Teramobile cầm tay với những chùm xung kéo dài chỉ 10^-13 s và công suất 5x10¹² W. Những xung như vậy là đủ mạnh để làm thay đổi chiết suất của không khí, làm cho chùm tia tự hội tụ lại. Điều này làm tăng thêm cường độ, tạo ra những dây tóc ánh sáng đủ mạnh để gây ion hóa không khí và kích thích sự ngưng tụ.

Các nhà nghiên cứu đã chiếu laser trên vào khí quyển và vào một môi trường có điều khiển – một buồng mây chứa đầy không khí xung quanh. Trong cả hai trường hợp, họ soi rọi quỹ đạo của chùm laser với một laser thứ hai, công suất thấp hơn, nó sẽ chịu một sự tán xạ lớn hơn nếu như có mặt nhiều giọt nước hơn.

Đó thật sự là cái họ tìm thấy – sự tán xạ của chùm laser thứ hai tăng lên mỗi khi một xung phát ra từ laser thứ nhất được chiếu vào. Họ quan sát thấy kiểu hành xử này ở hơn 900 xung laser, cung cấp một bằng chứng rõ ràng của khả năng gieo mầm mây của laser xung, cái không thể thiết lập đối với những kĩ thuật gieo mầm truyền thống.

Quét chùm tia

Theo thành viên đội nghiên cứu Jerôme Kasparian, ở trường Đại học Geneva, một vài năm sẽ là cần thiết để biến minh chứng vật lí này thành một kĩ thuật thực tiễn. Đặc biệt, ông nói, một laser mạnh hơn có khả năng sẽ cần được phát triển để khai thác lợi thế của một hiệu ứng quét mà họ đã lưu ý thấy – sự ion hóa tiếp diễn trong vài giây sau khi laser đã ngừng chiếu sáng và vì thế bằng cách quét chùm tia, người ta có thể gieo mầm một thể tích không khí lớn hơn.

Quan trọng hơn, các nhà nghiên cứu cần phải xác lập cơ sở vật lí của hiệu ứng để biết làm thế nào tối ưu hóa bước sóng, độ dài xung và những thông số khác của laser trên. Họ chắc chắn rằng các ion trong plasma do laser sinh ra góp phần cho sự ngưng tụ nhưng họ cũng tin rằng sự ngưng tụ có thể xảy ra trên những phân tử acid sulphuric và acid nitric, chúng hình thành khi các electron từ khối plasma làm phát ra gốc OH sau đó lần lượt làm oxy hóa sulphur dioxide và nitrogen.

Tuy nhiên, các thí nghiệm trên không thuyết phục được những nhà nghiên cứu khác. Bill Cotton tại trường đại học Bang Colorado ở Mĩ mô tả các kết quả trên là “hấp dẫn” nhưng vẫn giữ quan điểm cho rằng Rohwetter và các đồng sự đã “cường điệu quá mức trường hợp của họ đối với những tác động lên sự hình thành mây thực tế và, đặc biệt, lên sự kết tủa”. Đặc biệt, ông cho biết không khí trong buồng mây có độ ẩm tương đối 230% trong khi trong khi quyến hiếm khi nào vượt quá 101%, nghĩa là sự hình thành giọt trong buồng mây sẽ không nhất thiết gợi đến sự hình thành giọt trong khí quyển.

Quan điểm này được ủng hộ bởi Dan Breed thuộc Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu Khí quyển ở Colorado, ông cho biết, mặt khác, sự ngưng tụ do laser cảm ứng trong không khí với độ ẩm tương đối nhỏ hơn 100% sẽ rất ngắn ngủi và do đó không có khả năng phát sinh những lượng đáng kể của giọt nước mây mới, để cho một mình sự kết tủa xảy ra. “Bước tiến này đối với việc tăng cường mây, và thậm chí là một bước nhảy lớn đối với tác dụng kết tủa, là rất có tính suy đoán, và tôi tin rằng nó không thực tế cho lắm”, ông khẳng định.

Nghiên cứu công bố trên tờ Nature Photonics.

Theo physicsworld.com