Yuuki Wada, afgestudeerde student van de Universiteit van Tokyo, heeft samen met collega's uit Japan een verband ontdekt tussen blikseminslagen en twee soorten gammastraling in onweerswolken. Het onderzoek suggereert dat onder bepaalde omstandigheden, zwakke gammastraling van onweerswolken kan voorafgaan aan bliksemschichten en de bijbehorende gammaflitsen.

In de stad Kanazawa, prefectuur Ishikawa, in centraal Japan, Wada en collega's werken samen met lokale scholen en bedrijven om stralingsmonitoren op gebouwen te installeren. Deze stralingsmonitors vormen een netwerk om straling uit de lucht te detecteren. Verrassend genoeg, het is al zo'n 30 jaar bekend dat onweersbuien gammastraling met zich mee kunnen brengen.

"Mensen hebben altijd bliksem gezien en donder gehoord. Dit waren de manieren waarop we deze kracht van de natuur konden ervaren, " zei Wada. "Met de ontdekking van elektromagnetisme, wetenschappers leerden bliksem te zien met radio-ontvangers. Maar nu, we kunnen bliksem waarnemen in gammastraling - ioniserende straling. Het is alsof je vier ogen hebt om de verschijnselen te bestuderen."

Er zijn twee soorten gammastralingsverschijnselen die verband houden met onweerswolken:gammastraling, zwakke emissies die ongeveer een minuut duren, en kortlevende terrestrische gammaflitsen (TGF's), die optreden als blikseminslag en veel intenser zijn dan gammastraling. Beide komen voor in gebieden met onweerswolken die zijn ingeklemd tussen lagen van verschillende lading. De geladen gebieden versnellen elektronen tot bijna de lichtsnelheid. Bij deze relativistische snelheden elektronen die heel dicht bij de kernen van stikstofatomen in de lucht afdwalen, vertragen iets en zenden een veelbetekenende gammastraal uit. Dit wordt remstraling genoemd.

"Tijdens een winteronweer in Kanazawa, onze monitoren hebben een gelijktijdige TGF en blikseminslag gedetecteerd. Dit is vrij gebruikelijk, maar interessant, we zagen tegelijkertijd ook een gammastraling in hetzelfde gebied, " vervolgde Wada. "Bovendien, de gloed verdween abrupt toen de bliksem insloeg. We kunnen onomstotelijk zeggen dat de gebeurtenissen nauw met elkaar verbonden zijn en dit is de eerste keer dat dit verband is waargenomen."

Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan bliksemontlading is zeer gewild, en dit onderzoek kan voorheen onbekende inzichten bieden. Wada en team zijn van plan hun onderzoek voort te zetten om de mogelijkheid te onderzoeken dat gammastraling niet alleen voorafgaat aan blikseminslagen, maar kan ze in feite veroorzaken. De stralingsniveaus van de gammaflitsen zijn vrij laag, ongeveer een tiende van het niveau van een typische medische röntgenfoto.

"Onze bevinding markeert een mijlpaal in bliksemonderzoek, en we zullen binnenkort ons aantal stralingssensoren verdubbelen van 23 naar ongeveer 40 of 50. Met meer sensoren, we kunnen voorspellende modellen aanzienlijk verbeteren, " legde Wada uit. "Het is op dit moment moeilijk te zeggen, maar met voldoende sensorgegevens, we kunnen blikseminslagen voorspellen binnen ongeveer 10 minuten nadat ze zijn gebeurd, en binnen ongeveer twee kilometer van waar ze gebeuren. Ik ben verheugd om deel uit te maken van dit lopende onderzoek."

Verder onderzoek zal waarschijnlijk ook plaatsvinden in Kanazawa, aangezien het gebied zeldzame en ideale meteorologische omstandigheden heeft voor dit soort werk. De meeste stralingswaarnemingen bij stormen zijn afkomstig van stations in de lucht of in de bergen, omdat onweerswolken over het algemeen erg hoog zijn. Maar winterstormen in Kanazawa brengen onweerswolken verrassend dicht bij de grond, ideaal voor studie met de goedkope draagbare monitoren die door het onderzoeksteam zijn ontwikkeld.

De onderzoekers hebben deze unieke draagbare stralingsmonitoren gedeeltelijk gemaakt met technologie die is afgeleid van satellietobservatoria in de ruimte die zijn ontworpen voor astrofysica-experimenten. Dit is passend, aangezien de gegevens van dit soort onderzoek nuttig kunnen zijn voor degenen die astrofysica onderzoeken, en vooral, zonnefysica in de context van deeltjesversnelling. Maar er is een meer nuchtere uitloper, ook.

"Paleontologen die het leven van de laatste 50 bestuderen, 000 jaar of zo gebruiken een techniek genaamd koolstof-14-datering om de leeftijd van een monster te bepalen. De techniek is gebaseerd op kennis van de niveaus van twee soorten koolstof, koolstof-12 en koolstof-14, "zei Wada. "Algemeen wordt gedacht dat koolstof-14 wordt gecreëerd door kosmische straling met een ongeveer constante snelheid, vandaar de voorspellende kracht van de techniek. Maar er is een suggestie dat onweer de verhouding van koolstof-12 tot koolstof-14 kan veranderen, die de nauwkeurigheid of kalibratie die nodig is om koolstof-14-datering te laten werken enigszins kan veranderen."

Wada en collega's zullen doorgaan met het ontrafelen van de mysteries van bliksem, een van de meest boeiende en iconische fenomenen van de natuur. Een aankomend samenwerkingsproject in Frankrijk zal een speciale satelliet lanceren voor wereldwijde bliksemobservaties vanuit de ruimte.

Het onderzoek wordt gerapporteerd in Communicatie Fysica .