Wanneer de bliksem inslaat: Gammastraling veroorzaakt door bliksembotsing

Onweer en de Mysteries van Gamma-Stralen

Bliksem is een fenomeen dat de mensheid sinds het begin der tijden fascineert, en biedt een scherp voorbeeld van de kracht en onvoorspelbaarheid van de natuur. Hoewel het bestuderen van bliksem uitdagend kan zijn, hebben wetenschappers de afgelopen jaren grote vooruitgangen geboekt in het begrijpen van dit extreme spektakel.

Een studie gepubliceerd in Science Advances, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Osaka, beschrijft een wereldprimeur: de observatie van een intense stralingspuls, bekend als een terrestrische gamma-stralenflits (TGF), gesynchroniseerd met een bliksemontlading. “De mogelijkheid om extreme processen zoals TGF’s die voortkomen uit bliksem te bestuderen, stelt ons in staat om de hoogenergetische processen in de atmosfeer van de aarde beter te begrijpen,” legt Yuuki Wada, de hoofdauteur van de studie, uit.

Er was verondersteld dat TGF’s ontstaan uit bliksemontladingen door de versnelling van elektronen tot zeer hoge snelheden. De voorbijgaande aard van dit fenomeen, dat slechts tientallen microseconden duurt, maakte het echter moeilijk om deze hypothese te bevestigen.

In deze studie werd een geavanceerde multi-sensor setup gebruikt om TGF’s waar te nemen die voortkwamen uit onweersstormen in Kanazawa City, in de prefectuur Ishikawa. Dit omvatte waarnemingen van optische, radiofrequentie en hoogenergetische straling. Er werden twee ontladingspaden waargenomen: één die van de onweerswolk naar de grondgebonden zendmast daalde en één die in de tegenovergestelde richting steeg. De onderzoekers ontdekten dat een TGF plaatsvond net voordat de twee ontladingspaden elkaar ontmoetten, wat een sterk geconcentreerd elektrisch veld creëerde dat elektronen in de lucht tot bijna de snelheid van het licht versnelde.

De eerste TGF-foton werd 31 microseconden voor de botsing van de ontladingspaden waargenomen, en de volledige puls duurde 20 microseconden nadat ze elkaar ontmoetten om de bliksemflits te vormen. Een ontlading van -56 kA vond plaats als gevolg van de botsing van de bliksemleiders.

Deze observatie levert cruciale gegevens voor het langdurige mysterie van hoe bliksem genoeg energie genereert om gamma-stralen te produceren—fenomenen die doorgaans worden geassocieerd met buitenaardse gebeurtenissen zoals supernovae of zwarte gaten jets. De studie ondersteunt ook opkomende theorieën over de dynamiek van bliksemleiders en de mogelijke rol van thermische runaway of relativistische feedback in deze extreme uitbarstingen.

“De multi-sensor waarnemingen die hier zijn uitgevoerd zijn een wereldprimeur; hoewel enkele mysteries blijven bestaan, heeft deze techniek ons dichter bij het begrijpen van het mechanisme van deze fascinerende stralingsuitbarstingen gebracht,” zegt Harufumi Tsuchiya, de senior auteur.

Het onderzoek biedt niet alleen een zeldzame blik in de innerlijke werking van bliksem, maar ook waardevolle gegevens die kunnen worden gebruikt om de veiligheid en veerkracht van structuren die kwetsbaar zijn voor hoogenergetische atmosferische fenomenen te verbeteren.