I motsats till vad folk tror, blixten slår ofta ner två gånger, men anledningen till att en blixtkanal "återanvänds" har förblivit ett mysterium. Nu, ett internationellt forskarlag ledd av universitetet i Groningen har använt radioteleskopet LOFAR för att studera utvecklingen av blixtar i oöverträffad detalj. Resultaten publicerades den 18 april i vetenskapstidskriften Natur .

Teamet använde radioteleskopet LOFAR för att studera utvecklingen av blixtar i oöverträffad detalj. Deras arbete avslöjar att de negativa laddningarna i ett åskmoln inte urladdas i en enda blixt, men lagras delvis vid sidan av ledarkanalen vid avbrott, vid strukturer som forskarna kallar nålar. Detta kan orsaka en upprepad utsläpp till marken.

Nålar

"Detta fynd står i skarp kontrast till den nuvarande bilden, där laddningen strömmar längs plasmakanaler direkt från en del av molnet till en annan, eller till marken, " förklarar Olaf Scholten, professor i fysik vid KVI-CART-institutet vid universitetet i Groningen. Det var aldrig möjligt att observera nålarna innan LOFARs "överlägsna förmågor", tillägger hans kollega Dr Brian Hare, tidningens första författare. "Dessa nålar kan ha en längd på 100 meter och en diameter på mindre än fem meter, och är för små och för kortlivade för andra blixtdetekteringssystem."

Low-frequency array (LOFAR) är ett holländskt radioteleskop som består av tusentals enkla antenner utspridda över norra Europa. Dessa antenner är anslutna till en central dator via fiberoptiska kablar, vilket innebär att de kan fungera som en enda enhet. LOFAR är utvecklad främst för radioastronomiobservationer, men antennernas frekvensområde gör den också lämplig för blixtforskning, eftersom urladdningar producerar skurar i VHF-radiobandet (mycket högfrekvent).

För nuvarande blixtobservationer, forskarna använde bara de holländska LOFAR-stationerna, som täcker en yta av 3, 200 kvadratkilometer. Denna nya studie analyserade råtidsspåren (som är exakta till en nanosekund) mätt i 30-80 MHz-bandet. Brian Hare säger, "Dessa data tillåter oss att upptäcka blixtspridning i en skala där, för första gången, vi kan urskilja de primära processerna. Vidare, användningen av radiovågor gör att vi kan titta in i åskmolnet, där det mesta av blixten finns."

Blixtnedslag uppstår när starka uppströmmar genererar en slags statisk elektricitet i stora cumulonimbusmoln. Delar av molnet blir positivt laddade och andra negativt. När denna laddningsseparation är tillräckligt stor, ett våldsamt blixtnedslag inträffar. En sådan urladdning börjar med en plasma, ett litet område med joniserad luft som är tillräckligt varmt för att vara elektriskt ledande. Detta lilla område växer till en kluven plasmakanal som kan nå längder på flera kilometer. De positiva spetsarna på plasmakanalen samlar negativa laddningar från molnet, som passerar genom kanalen till den negativa spetsen, där laddningen laddas ut. Det var redan känt att ett stort VHF-utsläpp produceras vid de växande spetsarna av de negativa kanalerna medan de positiva kanalerna visar utsläpp endast längs kanalen, inte på spetsen.

En ny algoritm

Forskarna utvecklade en ny algoritm för LOFAR-data, så att de kan visualisera VHF-radioemissionerna från två blixtar. Antennuppsättningen och den mycket exakta tidsstämpeln på all data gjorde det möjligt för dem att lokalisera emissionskällorna med oöverträffad upplösning. "Nära LOFARs kärnområde, där antenndensiteten är högst, den rumsliga noggrannheten var cirka en meter, säger professor Scholten. Dessutom, de erhållna uppgifterna lokaliserade 10 gånger fler VHF-källor än andra tredimensionella bildsystem, med en tidsmässig upplösning inom intervallet nanosekunder. Detta resulterade i en högupplöst 3D-bild av blixtarladdningen.

Resultaten visar tydligt förekomsten av ett brott i utloppskanalen vid en plats där nålar bildas. Dessa verkar ladda ur negativa laddningar från huvudkanalen, som sedan kommer in i molnet igen. Minskningen av laddningar i kanalen orsakar avbrottet. Dock, när laddningen i molnet blir tillräckligt hög igen, flödet genom kanalen återställs, leder till en andra urladdning av blixten. Genom denna mekanism, blixten slår ner i samma område upprepade gånger.

Scholten säger, "VHF-emissionerna längs den positiva kanalen beror på ganska regelbundet upprepade urladdningar längs tidigare bildade sidokanaler, nålarna. Dessa nålar verkar tömma laddningarna på ett pulserande sätt."

"Detta är ett helt nytt fenomen, ", tillägger professor Joe Dwyer vid University of New Hampshire (USA), tredje författare till tidningen:"Våra nya observationstekniker visar rikliga mängder nålar i blixten, som inte har setts tidigare."

Brian Hare avslutar:"Från dessa observationer, vi ser att en del av molnet laddas om, och vi kan förstå varför en blixtnedladdning till marken kan upprepa sig några gånger."