Bliksem wordt al eeuwen bestudeerd, maar er is nog veel onduidelijk in hun aard. Hoe een ontlading in een wolk ontstaat, wat is bolbliksem, waarom gammankwanta worden uitgezonden tijdens een onweersbui - deze vragen moeten nog worden beantwoord. RIA Novosti vertelt over het meest actuele onderzoek op het gebied van atmosferische elektriciteit.
"Bliksem is een elektrische ontlading die in de atmosfeer beweegt langs een dun heet plasmakanaal - de leider - van wolk naar aarde, tussen wolken of stijgt op uit hoge gebouwen", zegt Alexander Kostinsky, PhD in Physics and Mathematics, adjunct-directeur van MIEM, genoemd naar … A. N. Tikhonova, deelnemer aan het internationale project "Bliksem en hun manifestaties", ondersteund door het Ministerie van Onderwijs en Wetenschap en de Russian Science Foundation.
Er is een wolk nodig om bliksem te laten plaatsvinden. Het stijgt naar boven, zet uit, koelt af, kleine druppels water, sneeuwvlokken, hagel en vele andere deeltjes van verschillende grootte, die hydrometeoren worden genoemd, worden erin gevormd. In feite wordt er een aerosol gevormd in de wolk, de deeltjes wrijven tegen elkaar en krijgen ladingen van verschillende tekens.
Na vochtcondensatie warmt de wolk een beetje op en stijgt hij hoger, waardoor de omringende lucht wordt aangezogen. Dit is de reden waarom onweersbuien gepaard gaan met meer wind. In de wolk worden lagen positief en negatief geladen deeltjes toegevoegd, regen valt, intra-cloud ontladingen beginnen, sommige bereiken de grond.
De sprite verschijnt in de bovenste atmosfeer na een sterke blikseminslag in de grond.
Het bliksemkanaal geleidt een sterke elektrische stroom dankzij plasma - een sterk geïoniseerd gas. De hogesnelheidscamerafoto's laten zien hoe de bliksemleider zich vertakt terwijl hij beweegt. Als hij dichter bij de grond komt, komen vanaf hoge punten - wolkenkrabbers, tv-torens - opkomende leiders naar hem toe. Een krachtige stroom vloeit door het aangesloten kanaal met een snelheid die slechts een paar keer lager is dan de lichtsnelheid. Het is deze flits die we zien als we door de bliksem worden getroffen.
“We observeren bliksem wanneer het groot en energiek is, brand veroorzaakt, dieren doodt, apparatuur uitschakelt. Maar het moment van zijn ontstaan in de wolk is al honderd jaar een van de belangrijkste wetenschappelijke mysteries gebleven”, vervolgt de wetenschapper.
Er zijn veel hypothesen over deze score, die erg complex zijn en niet alle waargenomen verschijnselen verklaren. Gemeten: Om slechts één centimeter lucht door te breken is een spanning van dertigduizend volt nodig. Dit betekent dat er zeer sterke elektrische velden in de wolk moeten zijn, maar metingen geven meerdere malen lagere waarden.
Promotie video:
“Elke seconde valt er ongeveer honderd blikseminslagen op de grond, en niemand weet hoe ze ontstaan. Bovendien laten fysieke metingen zien dat ze zich niet in de wolken zouden moeten vormen,”merkt Kostinsky op.
Time-lapse-fotografie van blikseminslagen.
Bal bliksem
Een aparte puzzel is bolbliksem. Er zijn duizenden bewijzen over uit verschillende historische tijdperken bekend, wetenschappers hebben zelfs experimenteel "bolvormige plasmaformaties" in het laboratorium verkregen, maar het is niet mogelijk om te bewijzen dat dit het natuurlijke fenomeen is dat wordt bestudeerd. De belangrijkste vraag (naast nucleatie) is waarom een geladen plasmastolsel zo lang in de atmosfeer bestaat - seconden en minuten. In theorie zou het zonder externe voeding in duizendsten van een seconde moeten afkoelen en geleidbaarheid verliezen.
Sommige onderzoekers gingen ervan uit dat bolbliksem een optisch effect was, maar enkele jaren geleden filmden Chinese wetenschappers een bolgloed tijdens blikseminslagen, die bijna een seconde duurden, op een hogesnelheidscamera met een optische spectrometer. Dit verduidelijkte weinig over de aard van het fenomeen, maar bevestigde de realiteit ervan.
Meer mysteries
In 1989 werd dankzij satellieten een volledig nieuw type atmosferische elektriciteit ontdekt: sprites. Ze ontstaan op een hoogte van 70-85 kilometer in het elektrische veld, dat ontstaat na een sterke blikseminslag in de grond, wanneer het onderste deel van de wolk wordt ontladen. Vanuit de ruimte zagen we blauwe jets en gigantische jets - elektrische ontladingen van grote lengte. Ze ontstaan op de toppen van onweerswolken en bereiken een hoogte van 90 kilometer.
Jet - ontlading gaande van de wolk tot een hoogte van maximaal 90 kilometer. Mauna Kea Observatory, Hawaii.
In 1991 registreerden Amerikaanse satellieten uitbarstingen van gammastraling, dat wil zeggen harde röntgenstralen tijdens onweer. Deze gegevens werden onmiddellijk geclassificeerd en besloten dat er ergens kernproeven op de grond werden uitgevoerd. Drie jaar later, nadat men zich ervan had vergewist dat de stralingsbron onweer was, werden de resultaten van de waarnemingen gepubliceerd.
“Zulke energiekwanta komen zelden naar de aarde, zelfs niet door zonnevlammen. Het blijkt dat de wolk werkt als een versneller van elementaire deeltjes, namelijk elektronen en misschien positronen. Dit gebied wordt atmosferische hoge-energiefysica genoemd,”zegt Alexander Kostinsky.
In de jaren 2000 bleek dat in de wolk op een hoogte van ongeveer tien kilometer bronnen van radiostraling worden gevormd die veel krachtiger zijn dan die welke met bliksem gepaard gaan. Ze duren maar een paar microseconden. Ze werden compacte intracloud-ontladingen genoemd. Er is nog geen algemeen aanvaarde theorie over hun uiterlijk.
De belangstelling voor elektrische ontladingen in de atmosfeer van andere planeten van het zonnestelsel is nog steeds onverminderd groot. Beelden van onweersbuien op Jupiter en Saturnus werden verkregen, waarnemingen in het radiobereik lieten ontladingen zien op Uranus en Neptunus. De vraag met Venus staat nog open. Maar er is geen onweer op Mars en Titan.
Volgens Kostinsky beleeft de wetenschap van bliksem nu een echte hausse. Onweersbuien en bliksem zijn tenslotte zeer gevaarlijke, destructieve natuurverschijnselen. Bovendien worden wetenschappers geconfronteerd met praktische taken - mensen en dieren beschermen tegen atmosferische ontladingen, constructies, windmolens, vliegtuigen.
Bliksemontladingen in de atmosfeer aan de nachtzijde van Jupiter. Galileo Orbiter, 1998.
Tatiana Pichugina
