Lange Zeit konnten Wissenschaftler nicht erklären, warum ein Blitz zweimal dieselbe Stelle trifft. Jetzt ist dieses Rätsel gelöst. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Groningen untersuchte mit dem LOFAR-Radioteleskop Blitzlichter detailliert. Ihre Arbeit hat gezeigt, dass negative Ladungen in einer Regenwolke nicht auf einmal entladen werden. Sie sind teilweise erhalten. Dieser Prozess findet in Strukturen statt, die Wissenschaftler Nadeln genannt haben. Durch sie kann eine negative Ladung eine zweite Entladung auf den Boden senden. Die Ergebnisse wurden am 18. April in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Nadeln
"Diese Entdeckung unterscheidet sich stark von dem aktuellen Bild, in dem die Ladung durch die Kanäle des Plasmas direkt von einem Teil der Wolke zum anderen oder zum Boden fließt", erklärte ein Professor für Physik an der Universität Groningen.
Eine solche Studie konnte früher nicht durchgeführt werden, da keine Ausrüstung vorhanden war. Dank des neuesten LOFAR-Radioteleskops konnten die Nadeln erkannt und ihre Größe bestimmt werden. Sie sind 100 Meter lang und haben einen Durchmesser von 5 Metern.
Niederfrequenz-Array (LOFAR), hergestellt in Holland. Es besteht aus mehreren tausend Antennen, die in ganz Nordeuropa verstreut sind. Sie sind über Glasfaser mit dem Zentralcomputer verbunden und können als eine Einheit arbeiten.
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Das Niederfrequenz-Array wurde für Radioastronomie-Beobachtungen entwickelt, kann jedoch aufgrund seiner Funktionalität zur Untersuchung von Blitzen verwendet werden.
In der Wolke
Um Blitze zu beobachten, verwendeten die Wissenschaftler nur Antennen in Holland, deren Gesamtfläche 3200 Quadratmeter beträgt. Die mit ihrer Hilfe erhaltenen Daten halfen zu sehen, was während eines Gewitters in der Cloud passiert.
Blitze treten auf, wenn starke Aufwinde in großen Wolken eine spezielle statische Elektrizität erzeugen, von der ein Teil negativ und der andere positiv geladen wird.
Wenn diese Ladungsteilung eine bestimmte Rate erreicht, tritt eine starke Entladung auf, die üblicherweise als Blitz bezeichnet wird. Typischerweise beginnt es in einem kleinen Bereich heißer, ionisierter Luft, dem sogenannten Plasma.
Dieser kleine Teil wird in einen verzweigten Plasmakanal umgewandelt. Es kann mehrere Kilometer lang sein. Die positiven Kanalspitzen akkumulieren negative Ladungen aus der Wolke. Dann passieren sie den Kanal zur negativen Spitze und die Ladung wird entladen.
Neuer Algorithmus
Forscher haben ein neues Schema für den Empfang von Daten vom LOFAR-Radioteleskop entwickelt. Es ermöglicht ihnen, die Strahlung von zwei Blitzen zu visualisieren. Ein sehr genauer Zeitstempel auf allen Daten und ein Antennenarray ermöglichten es Wissenschaftlern, Strahlungsquellen mit hoher Auflösung zu identifizieren.
„In der Nähe der zentralen Zone des Radioteleskops, wo die Antennendichte am höchsten ist, betrug die räumliche Genauigkeit etwa einen Meter“, sagt Professor Scholten. Darüber hinaus konnten die erhaltenen Daten 10-mal mehr UKW-Quellen als andere 3D-Bildgebungssysteme mit einer Zeitauflösung im Nanosekundenbereich lokalisieren. Dies führte zu einem hochauflösenden 3D-Bild eines Blitzeinschlags.
Brechen
Dank der Forschung wurde klar, warum es an der Stelle, an der sich die Nadeln bilden, Brüche im Auslasskanal gibt. Höchstwahrscheinlich entladen sie negative Ladungen aus dem Hauptkanal, der dann wieder in die Gewitterwolke fällt. Es stellte sich heraus, dass eine Abnahme der Ladungen im Kanal einen offenen Stromkreis hervorruft. Wenn die Ladung in der Wolke jedoch wieder hoch wird, wird der Fluss durch den Kanal wiederhergestellt, was zu einer wiederholten Blitzentladung führt. Dank dieses Prinzips trifft der Blitz wiederholt denselben Bereich.
Scholten kommentierte die Entdeckung wie folgt: „UKW-Strahlung entlang des positiven Kanals wird durch regelmäßig wiederholte Entladungen entlang der zuvor gebildeten Seitenkanäle, Nadeln, verursacht. Diese Nadeln scheinen die Ladungen gepulst zu erschöpfen. " "Dies ist ein völlig neues Phänomen", fügt Professor Joe Dwyer von der University of New Hampshire (USA) hinzu, der dritte Autor des Artikels. "Unsere neuen Überwachungsmethoden erfassen eine große Anzahl von Nadeln im Blitz, die zuvor noch nicht gesehen wurden." Und Brian Hare fasst zusammen: "Dank dieser Beobachtungen sehen wir, dass ein Teil der Wolke wieder aufgeladen wird, und Sie können verstehen, warum der Blitzschlag in den Boden mehrmals wiederholt wird."
Tatiana Andreeva
