Vetten Kosmische Stralen Bliksem?

Niemand weet precies wat bliksemschichten veroorzaakt. Nu zeggen twee Russische onderzoekers dat deze ontladingen van een miljard volt of meer kunnen worden veroorzaakt door de interactie van kosmische stralen deeltjes met hoge energie uit de ruimte met waterdruppeltjes in onweerswolken.

Kosmische stralen worden diep in de ruimte gecreëerd door krachtige gebeurtenissen zoals sterbotsingen, gammastraaluitbarstingen en supernovae. Deze rampen versnellen geladen deeltjes meest protonen tot zeer hoge energieën. De stralen zoomen door de ruimte, en die stralen de bovenste atmosfeer van de aarde genereren onzichtbare maar zeer energieke luchtdouches van geïoniseerde deeltjes en elektromagnetische straling.

Het idee dat deze luchtdouches bliksem kunnen veroorzaken wanneer ze door een onweerswolk passeren, bestaat al 2 decennia. In 1992 suggereerde de Russische natuurkundige Alexandr Gurevich van het Lebedev Physical Institute in Moskou dat de hoog-energetische deeltjes geproduceerd door een kosmische straal de lucht in onweerswolken ioniseren, waardoor een regio met veel vrije elektronen ontstaat. Het elektrische veld van de onweerswolk versnelt de elektronen bijna tot de snelheid van het licht en stimuleert ze tot zeer hoge energieën. Dan botsen de elektronen met atomen in de lucht, waarbij ze nog meer elektronen genereren, evenals röntgenstralen en gammastralen. Deze lawine van hoog-energetische deeltjes in de wolk die Gurevich 'weggelopen afbraak' noemt, biedt ideale geleidende omstandigheden voor bliksem.

Wereldwijd hebben onderzoekers over het idee van Gurevich gedebatteerd sinds hij het introduceerde, zegt Joseph Dwyer, een bliksemwetenschapper aan het Florida Institute of Technology in Melbourne die niet bij de studie betrokken was. Maar Gurevich heeft geen concreet bewijs gevonden dat kosmische stralen de boosdoeners zijn. Radiogolven zouden een aanwijzing kunnen zijn, zegt Dwyer: Cascades van elektronen bij het begin van een blikseminslag zouden radiogolven moeten produceren. "De kosmische straalgemeenschap heeft geweten dat kosmische straling radiogolven maakt, en wanneer er onweersbuien zijn, is gezien dat je meer van deze radiopulsen krijgt, " zegt Dwyer. "Maar niemand heeft de lus nog gesloten en echt aangetoond dat de luchtdouches die door [een onweerswolk] elektrisch veld gaan waardoor deze weggelopen elektronen de dingen zijn die het doen."

Om het concept te testen, analyseerden Gurevich en zijn Russische collega Anatoly Karashtin van het Radiophysical Research Institute in Nizhny Novgorod gegevens van 3800 cloud-to-ground blikseminslagen geregistreerd in Rusland en Kazachstan. Ze gebruikten een radio-interferometer, die radiogolven meet en laat zien uit welke richting ze komen, en bestudeerden de radiopulsen die werden gegenereerd bij het begin van de bliksem.

De resultaten, gerapporteerd deze week in Physical Review Letters, tonen aan dat stormwolken "honderden of duizenden" korte, sterke radiopulsen uitzenden vlak voordat de bliksem inslaat. Hun vorm, zeggen de onderzoekers, komt overeen met hun modellen van weggelopen afbraak veroorzaakt door energetische kosmische stralen. Maar er is een probleem: kosmische stralen met voldoende energie zijn te zeldzaam om alle pulsen te activeren die Gurevich en Karashtin hebben waargenomen.

Zogenaamde hydrometeoren - hagel en waterdruppeltjes in elke wolk - kunnen de pulsen versterken, zeggen de onderzoekers. Wanneer de vrije elektronen gecreëerd door de kosmische straaldeeltjes langs deze hydrometeors passeren, stellen Gurevich en Karashtin voor, veroorzaken ze een vlaag van microdissarges die zowel de stroom als het radiopulssignaal versterkt.

Maar bliksemwetenschapper Clive Saunders van de Universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk is er nog steeds niet van overtuigd dat kosmische straling een rol speelt bij bliksem. "Ze hebben geen verband aangetoond tussen bliksemactiviteit en de snelheid van aankomst van kosmische stralen op de aarde", zegt hij.

Dat tempo neemt af en neemt af in de tijd met de 11-jarige cyclus van zonneactiviteit. Wanneer de zonnewind sterker is, op maximale zonne-energie, buigt het meer kosmische stralen van de aarde af. Als kosmische straling achter onweersbuien zit, beweert Saunders, zou het optreden van onweersbuien een vergelijkbare cyclus moeten volgen. "Totdat ze deze correlatie kunnen bewijzen, blijft er een fundamentele vraag over het hele concept", zegt hij.

De meeste onderzoekers, zegt Saunders, neigen naar een andere theorie: bliksem treedt op wanneer botsingen tussen ijskristallen en hagelstenen in stormwolken voldoende elektrische lading scheiden om een ​​hoog elektrisch veld te veroorzaken. Dit proces alleen kan de lucht voldoende ioniseren om een ​​bliksemschicht te vormen, zegt hij - geen kosmische straling vereist.

Dwyer zegt dat het mogelijk moet zijn om het geschil te beslechten met behulp van een detector voor kosmische straalluchtdouches die bekend staan ​​als een Cherenkov-telescoop. "Wat we echt nodig hebben is deze luchtdouche-arrays die de kosmische straalluchtdouches meten die doorgaan, de radiogolven meten, de pulsen meten en alles samenbrengen", zegt hij.