Bliksem slaat vaak meermaals in, maar de reden waarom een bliksemkanaal ‘hergebruikt’ wordt, is tot nu toe onopgehelderd.
Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) heeft recentelijk gebruik gemaakt van de LOFAR radiotelescoop om de ontwikkeling van bliksemflitsen in ongekend detail te bestuderen. Hun werk laat zien dat de negatieve lading van een onweerswolk niet in zijn geheel in één enkele flits ontladen wordt, maar dat een deel ervan kort wordt opgeslagen langs het plasmakanaal nabij breekpunten.
Dit gebeurt in structuren die nooit eerder beschreven zijn, door de onderzoekers “naalden” genoemd. Door deze naalden kan een negatieve lading resulteren in een herhaaldelijke ontlading op de aardbodem. De resultaten zijn vandaag, 18 april in het wetenschappelijke tijdschrift Nature gepubliceerd.
“Deze bevinding staat haaks op het huidige beeld, waarin de lading langs plasmakanalen vloeit en direct of van één deel van de wolk naar een ander deel gaat, of naar de aardbodem”, legt Olaf Scholten uit. Hij is hoogleraar Natuurkunde aan het KVI-CART van de Rijksuniversiteit Groningen.
De reden waarom de naalden nooit eerder zijn waargenomen, ligt in de ‘topcapaciteit’ van LOFAR, voegt zijn collega dr. Brian Hare toe, de eerste auteur van het artikel: “Deze naalden kunnen een lengte hebben van 100 meter en een diameter van minder dan vijf meter, en zijn te klein en te kortstondig om door andere bliksemdetectiesystemen geregistreerd te worden.”
LOFAR
De Low Frequency Array (LOFAR) is een Nederlandse radiotelescoop die bestaat uit duizenden redelijk eenvoudige antennes die verspreid zijn over Noord-Europa. De antennes zijn met glasvezelkabels verbonden aan een centrale computer, wat betekent dat ze als één geheel kunnen functioneren.
LOFAR is voornamelijk ontwikkeld voor het doen van radioastronomische waarnemingen, maar het frequentiebereik van de antennes maakt het systeem ook geschikt voor bliksemonderzoek, omdat bliksemontladingen sterke pulsen uitzenden in de VHF-radiofrequentieband (zeer hoge frequentie).
Binnen in de wolk
Voor de bliksemwaarnemingen in het nieuwe onderzoek hebben de wetenschappers alleen van de LOFAR-stations op Nederlands grondgebied gebruik gemaakt, die samen een oppervlak van 3.200 vierkante kilometer beslaan.
Er is een analyse gemaakt van de ruwe tijdsporen (die tot op een nanoseconde nauwkeurig zijn), gemeten in de 30-80 MHz-frequentieband.
Bliksem ontstaat wanneer sterke opwaartse luchtstromen een soort statische elektriciteit opwekken in grote cumulonimbuswolken. Delen van de wolk raken positief geladen en andere delen juist negatief. Wanneer deze ladingsscheiding sterk genoeg is geworden, vindt er een heftige ontlading plaats, die we als bliksem kennen.
Een nieuw algoritme
De wetenschappers hebben een nieuw algoritme voor de LOFAR-gegevens ontwikkeld, waardoor ze van twee bliksemflitsen de VHF-radio-emissies konden visualiseren. Dankzij de verspreiding. Dit resulteerde in een hoge resolutie 3D-beeld van de bliksemontlading.
Breekpunt
De resultaten laten duidelijk zien dat er in het ontladingskanaal een breekpunt optreedt, op een locatie waar naalden gevormd worden. Deze lijken negatieve ladingen uit het hoofdkanaal op te nemen, die vervolgens terug de wolk in gaan. De vermindering van de lading in het kanaal is wat de breuk veroorzaakt. Maar zodra de lading in de wolk weer hoog genoeg wordt, wordt de stroom door het kanaal hersteld, wat zich uit in een tweede ontlading. Door dit mechanisme slaat de bliksem herhaaldelijk in hetzelfde gebied in.
