Is het mysterie van de bolbliksem opgelost? | Earth

Serie beelden waarop het ontstaan van een bolbliksemachtig fenomeen in een laboratorium te zien is. Beeld via David M. Friday et. al/ BBC.

Balbliksem is een van de bekendste natuurverschijnselen die slechts weinigen hebben gezien. Tot voor kort bleven de meeste wetenschappers sceptisch over de bolbliksem; het leek meer mythe dan werkelijkheid. Tegenwoordig hebben wetenschappers meer vertrouwen in de bolbliksem, maar nog steeds zijn de meeste foto’s die online te zien zijn, overbelichte foto’s van gewone bliksem. Geen enkele expert die we het vroegen, kon ons een echte afbeelding van een bolbliksem in de natuur aanwijzen. Wat is bolbliksem? Al sinds de tijd van de Grieken zijn er meldingen van kleine bolletjes helder plasma-achtig licht die over de grond bewegen en dan weer verdwijnen. De verklaring is wetenschappers nog steeds grotendeels ontgaan, hoewel er inmiddels verschillende verklaringen zijn aangedragen. En nu is er een mogelijk nieuw antwoord, gebaseerd op eerder onderzoek, op dit verbijsterende mysterie.

Het onderzoek is gepubliceerd in een nieuw peer-reviewed paper in het juli 2019 nummer van het tijdschrift Optik door Vladimir Torchigin van de Russische Academie van Wetenschappen.

Zoals de naam al doet vermoeden, is kogelbliksem vaak gedacht aan een vorm van bliksem. Maar dat zou wel eens niet het geval kunnen zijn; het zou wel eens geen echte bliksem kunnen zijn. In een eerder door Torchigin voorgestelde hypothese werd gesuggereerd dat deze vreemde lichtbollen gewoon licht zijn dat gevangen zit in een bol van ijle lucht. In het nieuwe artikel wordt dat idee verder uitgewerkt en worden natuurkundige parameters voorgesteld voor de manier waarop deze dingen zouden kunnen bestaan.

Torchigin had eerder gesuggereerd dat de lichtbollen bestaan uit fotonen – elementaire deeltjes die de basiseenheden van licht vormen – die in een zelfgemaakte luchtbel kaatsen. Zijn hypothese is gebaseerd op de vooronderstelling dat wanneer een deeltje elektromagnetische straling absorbeert en uitzendt, er een terugslag optreedt die de Abraham-Lorentz kracht wordt genoemd. Licht dat door een blikseminslag wordt uitgestraald, doet luchtdeeltjes schudden terwijl ze elektromagnetische straling absorberen en uitzenden.

Deze krachten zijn normaal gesproken heel klein, maar zouden onder de juiste omstandigheden kunnen worden versterkt: het ontstaan van een dunne luchtlaag die het licht weer op zichzelf terugbuigt. Uit de samenvatting van het artikel:

Wij laten zien dat het mysterieuze en intrigerende gedrag van bolbliksem, dat door veel ooggetuigen is waargenomen, te verklaren is op basis van de aanname dat bolbliksem alleen bestaat uit licht en samengeperste lucht. In tegenstelling tot een zeepbel bestaat het bolvormige omhulsel van een bolbliksem uit sterk samengeperste lucht, waarin gewoon wit licht in alle mogelijke richtingen ronddraait. Het licht drukt de lucht samen door optische elektrostrictiedruk. Het omhulsel van samengeperste lucht is op zijn beurt een tweedimensionale lichtgeleider die de voortplanting van licht in de vrije ruimte verhindert. De bolbliksem is dus een zelf ingesloten licht in een niet-lineair optisch medium in de vorm van de conventionele luchtatmosfeer.

De dunne luchtlaag zou lijken op de film van een zeepbel. Deze “zeepbel” zou licht kunnen focussen als een lens. Wanneer het licht sterk genoeg is, worden luchtdeeltjes in een buitenste begrenzing geduwd – de film van de zeepbel – waar fotonen secondenlang geconcentreerd kunnen worden.

Een gravure uit 1901 waarop een bolbliksem is afgebeeld. Afbeelding via Wikimedia.

Sommige van deze “embryo” bellen zouden snel weer verdwijnen door een gebrek aan licht of een bellenoppervlak dat niet volledig gesloten is. De bellen die het langer uithielden, noemen we bolbliksems.

Hoe kwam Torchigin tot deze conclusies?

De hypothese is een combinatie van eerdere aannames met natuurkundige modellen die de lichtdichtheid en luchtdruk vastpinnen die nodig zijn om zulke lichtfocusserende bellen te produceren. Is het een volledig antwoord? Nog niet. Er zijn details die het nog niet verklaart, zoals een geval in China een paar jaar geleden waar bolbliksem werd gemeld na een blikseminslag. De gebeurtenis werd vastgelegd met een spectrograaf, zodat wetenschappers een uitsplitsing van het elektromagnetische spectrum konden verkrijgen. Het verklaart misschien ook niet de zwavelgeur die soms wordt gerapporteerd. Maar het zou kunnen leiden tot experimenten die dit nieuwste voorstel voor de werking van de bolbliksem kunnen bevestigen of ontkrachten.

Bolbliksem wordt al eeuwenlang gemeld. De lichtbollen zijn ongeveer zo groot als een grapefruit en bewegen langzaam over de grond. Ze zijn waargenomen tijdens elektrische stormen, vandaar de vroege theorieën dat ze gewoon een andere vorm van bliksem waren. Ze verdwijnen meestal na 10 seconden, stilletjes, maar soms kan een knalgeluid gehoord worden. Er is zelfs waargenomen dat ze door gesloten ramen gaan!

Een artist’s concept van een bolbliksemschicht.

In een andere theorie stelde ingenieur John Abrahamson van de Universiteit van Canterbury dat bolbliksem het resultaat zou kunnen zijn van verdampt bodemmateriaal dat door een schokgolf van lucht omhoog wordt geduwd. Het verdampte silica condenseert tot nanodeeltjes – microscopisch kleine deeltjes met ten minste één afmeting kleiner dan 100 nanometer – en wordt door elektrische ladingen met elkaar verbonden. Het gloeit heet op door een chemische reactie tussen het silicium en zuurstof in de lucht.

Drie basiskenmerken van bolbliksem werden in de jaren zeventig beschreven door Stanley Singer: de duur, de zwevende beweging en de plotselinge verdwijning.

Eén van de vroegst gedocumenteerde meldingen van bolbliksem is van een stormachtige zondag in 1638. Een parochiekerk in Devonshire, Engeland, ging hierdoor in vlammen op en sommige mensen binnen kwamen om het leven. Sindsdien zijn er duizenden waarnemingen geweest. Kogelbliksem, of iets wat er op lijkt, is zelfs in het laboratorium gecreëerd. In een studie uit 2007, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters, gebruikten onderzoekers van de Federale Universiteit van Pernambuco in Brazilië elektriciteit om minuscule siliciumplakjes te laten verdampen. Hierdoor ontstonden blauwe of oranje-witte bolletjes ter grootte van pingpongballetjes die maar liefst acht seconden rondzweefden.

Bottom line: Kogelbliksem is lang een mysterieus verschijnsel geweest, waarvan de verklaring wetenschappers al honderden jaren ontgaat. Maar dankzij het voortdurende onderzoek van wetenschappers als Torchigin lijkt het antwoord op dit raadsel eindelijk binnen handbereik.

Bron: Natuurkunde van een bolbliksem in de vorm van een lichtbel

Via Science Alert

Paul Scott Anderson heeft een passie voor ruimteonderzoek die begon toen hij als kind naar Carl Sagan’s Cosmos keek. Toen hij op school zat, stond hij bekend om zijn passie voor ruimteonderzoek en astronomie. Hij begon zijn blog The Meridiani Journal in 2005, dat een kroniek was van planeetverkenningen. In 2015 werd de blog omgedoopt tot Planetaria. Hoewel hij geïnteresseerd is in alle aspecten van de ruimteverkenning, is zijn primaire passie de planeetwetenschappen. In 2011 begon hij op freelance basis over de ruimte te schrijven, en momenteel schrijft hij voor AmericaSpace en Futurism (onderdeel van Vocal). Hij heeft ook geschreven voor Universe Today en SpaceFlight Insider, en is ook gepubliceerd in The Mars Quarterly en heeft aanvullend schrijven gedaan voor de bekende iOS-app Exoplanet voor iPhone en iPad.