Vier jaar geleden wist astrofysicus Olaf Scholten nog niets van bliksem, maar vanaf vandaag is hij een van de leiders in de wetenschappelijke ‘bliksem community’. Hij en medeonderzoeker Brian Hare maakten 3D-beelden ín een onweerswolk die honderd keer scherper zijn dan tot nu toe mogelijk was. De resultaten van het onderzoek verschenen 18 april in toptijdschrift Nature.
Alsof dat niet genoeg is: ze zagen iets heel anders dan ze hadden verwacht. ‘Bij onweer ioniseert de lucht tot een soort plasmakanaal, dat onder invloed van het elektrische veld in een onweersbui uitgroeit met een negatieve en een positieve kant’, vertelt Scholten. ‘We verwachtten dat de lading door dat kanaal in één keer naar de grond zou stromen.’
In plaats daarvan zagen de onderzoekers ‘naalden’ uit het kanaal steken, van wel honderd meter lang en vijf meter breed. ‘De stroom loopt van de “stam” naar de “punt” van de naald’, vertelt Scholten. ‘Dan is het even stil en dan loopt er weer een stroom. Dat kan wel tien keer na elkaar gebeuren.’
Een bliksemschicht in slow motion. In werkelijkheid duurt dit minder dan 0,2 seconden. Tegen het einde van de ontlading strekt deze zich in alle richtingen over ongeveer vijf kilometer uit. / Video Stijn Buitink en Brian Hare
Flits
Op die momenten wordt de wolk ter plekke elektrisch opgeladen door de lading die het plasmakanaal heeft verzameld. Zodra het spanningsverschil groot genoeg is, volgt weer een volgende flits naar de grond.
Deze naalden zijn nooit eerder waargenomen. Honderd meter líjkt immers lang, maar onderzoekers kijken er meestal naar van kilometers afstand. Bovendien zijn ze maar een fractie van een seconde te zien.
Met de radiotelescopen van LOFAR wisten Scholten en Hare dat probleem te omzeilen. De telescopen kunnen de elektrische pulsjes die de bliksem uitzendt, waarnemen met een precisie van nanoseconden. Uit de aankomsttijden kun je vervolgens afleiden op welke plek in de atmosfeer ze zijn uitgezonden. Door de gegevens van verschillende telescopen samen te voegen, konden ze er ook nog een afbeelding van maken.
Een positief geladen plasmakanaal. In werkelijkheid duurt dit 0,1 seconde. Het afgebeelde gebied beslaat ongeveer 400 meter. / Video Stijn Buitink en Brian Hare
Raadsel
Bliksem geldt als een van de gevaarlijkste natuurverschijnselen die er bestaan, maar voor wetenschappers is het nog een raadsel. Scholten rolde vier jaar geleden per toeval in het bliksemonderzoek. Toen gebruikte hij LOFAR voor onderzoek naar hoogenergetische kosmische deeltjes. Vreemde, afwijkende metingen bleken samen te vallen met onweer. Het leidde tot een volkomen nieuwe manier om ladingsverdelingen in wolken te bestuderen: tot dan toe gebeurde dat met weerballonnen.
Scholten gebruikt nu niet alleen de antennes op de ‘superterp’ van LOFAR. ‘Juist de gegevens van stations die verder weg liggen zijn essentieel. Op die manier bekijk je de bliksem vanuit verschillende hoeken en krijg je diepte.’
Ook is er geen sprake meer van toevalsmetingen. ‘Zodra het onweert in Noord-Nederland, wordt LOFAR voor andere onderzoek stilgelegd en krijgen wij voorrang’, vertelt hij. ‘Gelukkig zijn dat ook de momenten die voor normale astronomie minder geschikt zijn.’