Ontstaan van bliksem in beeld gebracht (video)

Bliksem is nog een onvoorspelbaar natuurfenomeen, dat wereldwijd slachtoffers eist en tot grote materiële schade kan leiden, met name aan onze elektrische en elektronische infrastructuur. Het is al een oude vraag, die nog steeds onbeantwoord bleef: hoe ontstaat bliksem? De onderzoekers laten nu zien wat er voor de ontlading precies gebeurt in een wolk.

Alle stapjes van de ontlading in kaart

Een bliksemflits begint met een serie pulsjes die in stappen van pakweg vijftig meter de lucht ioniseren in een ‘kanaal’ van ongeveer een meter in doorsnede. Wanneer zo’n ionisatiekanaal kortsluiting maakt – met de grond of met een andere wolk – schiet de bekende lichtflits er doorheen. De Lofar-data maken het mogelijk alle stapjes in de ontwikkeling van die ontlading nauwkeurig in kaart te brengen. "Door op de nanoseconde nauwkeurig te bepalen wanneer een puls in de verschillende stations aankomt kun je de positie ervan in de lucht nauwkeurig bepalen, tot ongeveer een meter", aldus hoogleraar Olaf Scholten van de Rijksuniversiteit Groningen.

Moeilijk meten

Een donderwolk is natuurlijk niet de makkelijkste plek om te meten. De meest gebruikte meetmethoden met vliegtuigen, ballonnen of kleine raketjes die in donderwolken worden geschoten zijn gevaarlijk en/of te lokaal. Bovendien beïnvloedt het meetinstrument de meting.

Daarom gebruikten de onderzoekers Lofar – een radiotelescoop die bestaat uit duizenden kleine antennes die samen een grote telescoop vormen – om de formatie van bliksem heel precies te bekijken. Natuurkundige Stijn Buitink van de Vrije Universiteit Brussel: "Omdat Lofar ontworpen is voor astronomische doeleinden heeft deze veel meer antennes en een hogere tijdsresolutie. We kunnen dus veel preciezer in tijd en afstand bepalen waar de ionisatiekanalen ontstaan."

 

Het hart van de Lofar telescoop: de superterp bij Borger. Foto: Lofar

Precies in beeld gebracht

De onderzoekers analyseerden Lofar -gegevens verzameld tijdens een onweersbui op 12 juli 2016, aan het begin van de avond. "Een medewerker heeft de bui afgewacht en op het moment dat er een flits was op een knop gedrukt. Daardoor werden in de meetstations de laatste twintig seconden aan data bevroren", legt Scholten uit. Dit gebeurt in de ‘Transient Buffer Boards’, die het mogelijk maken om de enorme datastroom van Lofar tijdelijk vast te houden om rustig terug te kunnen kijken.

De onderzoekers hebben de gehele formatie van ionisatiekanalen in beeld gebracht. "Iedere keer als een ionisatiekanaal ontstaat of groeit, komt er een radioflits vrij. De radioflits beweegt alle kanten op door de lucht. Met de verzameling aan antennes van de radiotelescoop Lofar zijn deze signalen opgevangen. Door te kijken naar de tijdstippen waarop de flitsen aankwamen, kunnen we bereken waar het signaal precies vandaan kwam. Zo konden we reconstrueren hoe de kanalen groeien, vertakken en uiteindelijke een structuur vormen waaruit een bliksemflits komt", legt Buitink uit.

Effectievere bliksemafleiders

Het precies in kaart brengen van de gebeurtenissen in een wolk voordat bliksem ontstaat, geeft de onderzoekers meer inzicht voor beveiliging tegen bliksem, zoals bijvoorbeeld effectievere bliksemafleiders.

Video: Stijn Buitink, Vrije Universiteit Brussel.