In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, bliksem slaat vaak twee keer in, maar de reden waarom een ​​bliksemkanaal wordt 'hergebruikt' is een raadsel gebleven. Nutsvoorzieningen, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Rijksuniversiteit Groningen heeft de LOFAR-radiotelescoop gebruikt om de ontwikkeling van bliksemflitsen tot in ongekend detail te bestuderen. De resultaten zijn op 18 april gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur .

Het team gebruikte de LOFAR-radiotelescoop om de ontwikkeling van bliksemflitsen in ongekend detail te bestuderen. Hun werk onthult dat de negatieve ladingen in een onweerswolk niet allemaal in een enkele flits worden ontladen, maar worden bij onderbrekingen gedeeltelijk naast het leiderkanaal opgeslagen, op structuren die de onderzoekers naalden noemen. Dit kan een herhaalde ontlading naar de grond veroorzaken.

naalden

"Deze bevinding staat in schril contrast met het huidige beeld, waarin de lading direct langs plasmakanalen stroomt van het ene deel van de wolk naar het andere, of op de grond, " legt Olaf Scholten uit, hoogleraar natuurkunde aan het KVI-CART instituut van de Rijksuniversiteit Groningen. Het was nooit mogelijk om de naalden te observeren vóór de "opperste mogelijkheden" van LOFAR, voegt zijn collega Dr. Brian Hare toe, 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 kortlevend voor andere bliksemdetectiesystemen."

Low-frequency array (LOFAR) is een Nederlandse radiotelescoop die bestaat uit duizenden eenvoudige antennes verspreid over Noord-Europa. Deze antennes zijn via glasvezelkabels verbonden met een centrale computer, wat betekent dat ze als één geheel kunnen opereren. LOFAR is voornamelijk ontwikkeld voor radioastronomische waarnemingen, maar het frequentiebereik van de antennes maakt hem ook geschikt voor bliksemonderzoek, omdat ontladingen uitbarstingen veroorzaken in de VHF-radioband (zeer hoge frequentie).

Voor de huidige bliksemwaarnemingen, de wetenschappers gebruikten alleen de Nederlandse LOFAR-stations, die een oppervlakte van 3 beslaan, 200 vierkante kilometer. Deze nieuwe studie analyseerde de onbewerkte tijdsporen (die tot op één nanoseconde nauwkeurig zijn) zoals gemeten in de 30-80 MHz-band. Brian Hare zegt, "Deze gegevens stellen ons in staat om bliksemvoortplanting te detecteren op een schaal waar, Voor de eerste keer, we kunnen de primaire processen onderscheiden. Verder, het gebruik van radiogolven stelt ons in staat om in de onweerswolk te kijken, waar de meeste bliksem zich bevindt."

Bliksem ontstaat wanneer sterke opwaartse stromingen een soort statische elektriciteit opwekken in grote cumulonimbuswolken. Delen van de wolk worden positief geladen en andere negatief. Wanneer deze ladingsscheiding groot genoeg is, een hevige ontlading van bliksem plaatsvindt. Zo'n ontlading begint met een plasma, een klein gebied met geïoniseerde lucht dat heet genoeg is om elektrisch geleidend te zijn. Dit kleine gebied groeit uit tot een gevorkt plasmakanaal dat een lengte van enkele kilometers kan bereiken. De positieve punten van het plasmakanaal verzamelen negatieve ladingen van de wolk, die door het kanaal naar de negatieve punt gaan, waar de lading wordt ontladen. Het was al bekend dat een grote VHF-emissie wordt geproduceerd aan de groeipunten van de negatieve kanalen, terwijl de positieve kanalen alleen emissies langs het kanaal vertonen, niet bij de punt.

Een nieuw algoritme

De wetenschappers ontwikkelden een nieuw algoritme voor LOFAR-gegevens, waardoor ze de VHF-radio-emissies van twee bliksemflitsen kunnen visualiseren. Dankzij de antenne-array en de zeer nauwkeurige tijdstempel op alle gegevens konden ze de emissiebronnen lokaliseren met een ongekende resolutie. "Dicht bij het kerngebied van LOFAR, waar de antennedichtheid het hoogst is, de ruimtelijke nauwkeurigheid was ongeveer een meter, ", zegt professor Scholten. Verder de verkregen gegevens gelokaliseerde 10 keer meer VHF-bronnen dan andere driedimensionale beeldvormingssystemen, met een temporele resolutie in het bereik van nanoseconden. Dit resulteerde in een 3D-beeld met hoge resolutie van de bliksemontlading.

Uit de resultaten blijkt duidelijk het optreden van een breuk in het afvoerkanaal op een plaats waar naalden worden gevormd. Deze lijken negatieve ladingen van het hoofdkanaal te ontladen, die vervolgens weer de cloud ingaan. De verlaging van de ladingen in het kanaal veroorzaakt de breuk. Echter, zodra de lading in de cloud weer hoog genoeg is, de stroming door het kanaal wordt hersteld, leidend tot een tweede bliksemontlading. Door dit mechanisme, bliksem zal herhaaldelijk in hetzelfde gebied inslaan.

Scholten zegt, "De VHF-emissies langs het positieve kanaal zijn te wijten aan vrij regelmatig herhaalde ontladingen langs eerder gevormde zijkanalen, de naalden. Deze naalden lijken de ladingen op een gepulseerde manier af te voeren."

"Dit is een totaal nieuw fenomeen, ", voegt professor Joe Dwyer van de University of New Hampshire (VS) toe, derde auteur van het artikel:"Onze nieuwe observatietechnieken tonen grote hoeveelheden naalden in de bliksemflits, die nog niet eerder zijn gezien."

Brian Hare concludeert:"Op basis van deze observaties we zien dat een deel van de cloud wordt opgeladen, en we kunnen begrijpen waarom een ​​bliksemontlading naar de grond zich een paar keer kan herhalen."