Wetenschappers konden lange tijd niet verklaren waarom de bliksem twee keer op dezelfde plek valt. Nu is dit mysterie opgelost. Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van de Rijksuniversiteit Groningen gebruikte de LOFAR-radiotelescoop om bliksemflitsen tot in detail te bestuderen. Hun werk bewees dat negatieve ladingen in een regenwolk niet in één keer worden ontladen. Ze zijn gedeeltelijk bewaard gebleven. Dit proces vindt plaats in structuren die wetenschappers naalden hebben genoemd. Via hen kan een negatieve lading een tweede ontlading naar de grond sturen. De resultaten zijn op 18 april gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.
Naalden
"Deze ontdekking is heel anders dan het huidige plaatje, waarin de lading door de kanalen van het plasma rechtstreeks van het ene deel van de wolk naar het andere of naar de grond stroomt", legt een hoogleraar natuurkunde aan de Rijksuniversiteit Groningen uit.
Het was niet mogelijk om eerder een dergelijk onderzoek uit te voeren, omdat er geen benodigde apparatuur was. Maar dankzij de nieuwste LOFAR-radiotelescoop was het mogelijk om de naalden te detecteren en hun grootte te bepalen. Ze zijn 100 meter lang en 5 meter in doorsnee.
Low Frequency Array (LOFAR) vervaardigd in Nederland. Het bestaat uit enkele duizenden antennes die verspreid zijn over Noord-Europa. Ze zijn via glasvezel verbonden met de centrale computer en kunnen als één geheel werken.
Promotie video:
Low Frequency Array is ontworpen voor observaties van radioastronomie, maar door de functionaliteit kan het worden gebruikt voor het bestuderen van bliksem.
In de wolk
Om bliksem te observeren, gebruikten wetenschappers alleen antennes in Nederland, met een totale oppervlakte van 3200 vierkante meter. De gegevens die met behulp van hen werden verkregen, hielpen om te zien wat er in de wolk gebeurt tijdens een onweersbui.
Bliksem treedt op wanneer sterke opwaartse luchtstromen een speciale statische elektriciteit opwekken in grote wolken, waarvan het ene deel negatief geladen wordt en het andere positief.
Wanneer deze ladingsverdeling een bepaalde snelheid bereikt, treedt een sterke ontlading op, die gewoonlijk bliksem wordt genoemd. Meestal begint het in een klein gebied met hete, geïoniseerde lucht, het zogenaamde plasma.
Dit kleine deel wordt omgezet in een vertakt plasmakanaal. Het kan enkele kilometers lang zijn. De positieve kanaaltips verzamelen negatieve ladingen vanuit de cloud. Vervolgens gaan ze door het kanaal naar de negatieve punt en wordt de lading ontladen.
Nieuw algoritme
Onderzoekers hebben een nieuw schema ontwikkeld voor het ontvangen van gegevens van de LOFAR-radiotelescoop. Hiermee kunnen ze de straling van twee bliksemflitsen visualiseren. Dankzij een zeer nauwkeurige tijdstempel op alle gegevens en een antenne-array konden wetenschappers stralingsbronnen met hoge resolutie identificeren.
“Dicht bij de centrale zone van de radiotelescoop, waar de antennedichtheid het hoogst is, was de ruimtelijke nauwkeurigheid ongeveer een meter”, zegt professor Scholten. Bovendien waren de verkregen gegevens in staat om 10 keer meer VHF-bronnen te lokaliseren dan andere 3D-beeldvormingssystemen, met een tijdsresolutie in het nanoseconde bereik. Dit resulteerde in een 3D-afbeelding van een blikseminslag in hoge resolutie.
Breken
Dankzij onderzoek werd duidelijk waarom er breuken zijn in het afvoerkanaal op de plaats waar de naalden worden gevormd. Hoogstwaarschijnlijk ontladen ze negatieve ladingen van het hoofdkanaal, dat dan weer in de onweerswolk valt. Het bleek dat een afname van de ladingen in het kanaal een open circuit veroorzaakt. Maar wanneer de lading in de wolk weer hoog wordt, wordt de stroom door het kanaal hersteld, wat leidt tot een herhaalde bliksemontlading. Het is dankzij dit principe dat de bliksem herhaaldelijk hetzelfde gebied zal treffen.
Scholten reageerde als volgt op de ontdekking: “VHF-straling langs het positieve kanaal wordt veroorzaakt door regelmatig herhalende ontladingen langs de eerder gevormde zijkanalen, naalden. Deze naalden lijken de ladingen op een gepulseerde manier af te voeren. " "Dit is een volledig nieuw fenomeen", voegt professor Joe Dwyer van de University of New Hampshire (VS), de derde auteur van het artikel, toe. "Onze nieuwe bewakingsmethoden vangen een enorm aantal naalden op in de bliksem die nog niet eerder zijn gezien." En Brian Hare concludeert: "Dankzij deze waarnemingen zien we dat een deel van de wolk wordt opgeladen, en je kunt begrijpen waarom de blikseminslag in de grond meerdere keren wordt herhaald."
Tatiana Andreeva