Hvorfor lynet ofte slår ned to gange:Undersøgelse afslører nålelignende strukturer i positivt ladede lynledere

I modsætning til populær tro, lynet slår ofte ned to gange, men grunden til, at en lynkanal 'genbruges', er forblevet et mysterium. Nu, et internationalt forskerhold ledet af universitetet i Groningen har brugt LOFAR-radioteleskopet til at studere udviklingen af ​​lyn i hidtil uset detalje. Resultaterne blev offentliggjort den 18. april i det videnskabelige tidsskrift Natur .

Holdet brugte LOFAR-radioteleskopet til at studere udviklingen af ​​lynglimt i hidtil usete detaljer. Deres arbejde afslører, at de negative ladninger inde i en tordensky ikke aflades i et enkelt lyn, men er delvist gemt ved siden af ​​lederkanalen ved afbrydelser, ved strukturer, som forskerne kalder nåle. Dette kan forårsage en gentagen udledning til jorden.

Nåle

"Dette fund står i skarp kontrast til det nuværende billede, hvor ladningen flyder langs plasmakanaler direkte fra en del af skyen til en anden, eller til jorden, " forklarer Olaf Scholten, professor i fysik ved KVI-CART-instituttet ved universitetet i Groningen. Det var aldrig muligt at observere nålene før LOFARs "højeste kapaciteter", tilføjer hans kollega Dr. Brian Hare, avisens første forfatter. "Disse nåle kan have en længde på 100 meter og en diameter på mindre end fem meter, og er for små og for kortlivede til andre lyndetektionssystemer."

Low-frequency array (LOFAR) er et hollandsk radioteleskop bestående af tusindvis af simple antenner spredt ud over Nordeuropa. Disse antenner er forbundet med en central computer gennem fiberoptiske kabler, hvilket betyder, at de kan fungere som en enkelt enhed. LOFAR er udviklet primært til radioastronomiobservationer, men antennernes frekvensområde gør den også velegnet til lynforskning, da udladninger producerer udbrud i VHF (meget højfrekvent) radiobånd.

Til de nuværende lynobservationer, forskerne brugte kun de hollandske LOFAR-stationer, som dækker et område på 3, 200 kvadratkilometer. Denne nye undersøgelse analyserede de rå tidsspor (som er nøjagtige til et nanosekund) målt i 30-80 MHz-båndet. Brian Hare siger, "Disse data giver os mulighed for at detektere lynudbredelse i en skala, hvor for første gang, vi kan skelne de primære processer. Desuden, brugen af ​​radiobølger giver os mulighed for at se ind i tordenskyen, hvor det meste af lynet bor."

Lyn opstår, når stærke optræk genererer en slags statisk elektricitet i store cumulonimbusskyer. Dele af skyen bliver positivt ladet og andre negativt. Når denne ladningsadskillelse er stor nok, der sker en voldsom udladning af lyn. En sådan udledning starter med et plasma, et lille område med ioniseret luft, der er varmt nok til at være elektrisk ledende. Dette lille område vokser til en splittet plasmakanal, der kan nå længder på flere kilometer. De positive spidser af plasmakanalen samler negative ladninger fra skyen, som passerer gennem kanalen til den negative spids, hvor ladningen aflades. Det var allerede kendt, at en stor VHF-emission produceres ved de voksende spidser af de negative kanaler, mens de positive kanaler kun viser emissioner langs kanalen, ikke på spidsen.

En ny algoritme

Forskerne udviklede en ny algoritme til LOFAR-data, giver dem mulighed for at visualisere VHF-radioemissionerne fra to lyn. Antennearrayet og det meget præcise tidsstempel på alle dataene gjorde det muligt for dem at lokalisere emissionskilderne med hidtil uset opløsning. "Tæt på kerneområdet i LOFAR, hvor antennedensiteten er højest, den rumlige nøjagtighed var omkring en meter, siger professor Scholten. de opnåede data lokaliserede 10 gange flere VHF-kilder end andre tredimensionelle billeddannelsessystemer, med en tidsmæssig opløsning i området af nanosekunder. Dette resulterede i et højopløseligt 3D-billede af lynudladningen.

Resultaterne viser tydeligt forekomsten af ​​et brud i udløbskanalen på et sted, hvor der dannes nåle. Disse ser ud til at udlede negative ladninger fra hovedkanalen, som efterfølgende kommer ind i skyen igen. Reduktionen af ​​ladninger i kanalen forårsager bruddet. Imidlertid, når ladningen i skyen bliver høj nok igen, flowet gennem kanalen genoprettes, fører til en anden udledning af lyn. Ved denne mekanisme, lynet vil slå ned i det samme område gentagne gange.

Scholten siger:"VHF-emissionerne langs den positive kanal skyldes ret regelmæssigt gentagne udledninger langs tidligere dannede sidekanaler, nålene. Disse nåle ser ud til at dræne ladningerne på en pulserende måde."

"Dette er et helt nyt fænomen, " tilføjer professor Joe Dwyer fra University of New Hampshire (U.S.), tredje forfatter af papiret:"Vores nye observationsteknikker viser rigelige mængder af nåle i lynet, som ikke er set før."

Brian Hare konkluderer:"Fra disse observationer, vi ser, at en del af skyen genoplades, og vi kan forstå, hvorfor et lynudladning til jorden kan gentage sig et par gange."