Dankzij een toevallig langsvliegend lijnvliegtuig kon een team van onder andere Nederlandse onderzoekers een techniek om bliksem te bestuderen verbeteren. Ook ontdekten ze dat de statische ontladers op het vliegtuig niet werkten. Deze week publiceerden zij hun bevindingen in Nature Communications.   

Soms gaat onderzoek vooruit door zorgvuldig geplande experimenten, soms door een toevalligheid. Dit laatste overkwam een team van deels Nederlandse onderzoekers, toen zij de ontwikkeling van bliksem bestudeerden.

Zij gebruikten hiervoor beelden van LOFAR, de radiotelescoop die bestaat uit radioantennes in heel Europa met het middelpunt in Drenthe. Hierin zagen ze een reeks opvallende signalen.

De onverwachte radiostraling leek afkomstig van een object dat met een snelheid van ongeveer 800 kilometer per uur voorbij kwam, op een hoogte van rond de acht kilometer.

Het was een lijnvliegtuig dat zijn statische elektriciteit ontlaadde, concludeerden de wetenschappers al snel. Die statische elektriciteit bouwt een vliegtuig op als het door de wolken heen vliegt. Uit geraadpleegde vluchtgegevens bleek het om een Boeing 777-306 (ER) van de KLM te gaan.

Statische elektriciteit

Statische elektriciteit is elektriciteit die ontstaat door wrijving. Je kent het wellicht door het knetteren van een trui die je aantrekt als de lucht koud en droog is, of door het schokje dat je krijgt bij het aanraken van de deurkruk, als je net met schoenen met rubberzolen over een synthetische vloerbedekking hebt gelopen. Vliegtuigen bouwen het op door wrijving met bevroren waterdruppels, als ze door hoge bewolking vliegen.

Ruis of handig signaal

Het gebeurt vaker dat ontladingen van de statische elektriciteit van vliegtuigen op LOFAR-beelden zijn te zien. In dat opzicht was de observatie niet bijzonder, schrijft de Rijksuniversiteit Groningen  in een nieuwsbericht.

In sommige gevallen levert het vervelende ruis op, die de beelden waar het echt om gaat vertroebelt. Maar in andere gevallen is het een handig, want relatief klein en controleerbaar signaal, dat kan worden gebruikt als ijkpunt voor metingen aan natuurverschijnselen in de ruimte.

Geschenk

‘Voor ons kwam dit vliegtuig als een geschenk uit de hemel’, zegt astrodeeltjesfysicus Olaf Scholten van de Rijksuniversiteit Groningen, hoofdauteur van het wetenschappelijke artikel. ‘We hadden in de loop van de tijd talloze korte radiopulsen gemeten, die ontstaan bij de voortplanting van een bliksemontlading (zie filmpje onderaan, red.).' 

'In de bronlocaties van de bliksem die we daaruit reconstrueerden, zagen we meestal een grote spreiding', zegt Scholten. 'Maar we hadden tot nu toe geen idee of dit was omdat onze techniek niet goed was, of omdat die bronnen in werkelijkheid een grote spreiding hebben.’

Veel modellen van bliksem voorspellen namelijk dat de diameter van de corona (het ontladingsgebied) rond een bliksem wel tien meter kan bedragen.

‘Ook van de ontladingen van het vliegtuig kregen we aanvankelijk een vrij wazig beeld’, vervolgt Scholten, ‘maar omdat we in dit geval wisten dat het beter moest kunnen, zijn we aan het werk gegaan om de oorzaak te vinden. Dit heeft uiteindelijk geresulteerd in een afbeeldingstechniek die de bronlocaties veel nauwkeuriger kan bepalen.’

De verbeterde techniek pasten de onderzoekers vervolgens toe voor het afbeelden van bliksemontladingen, waardoor ze nu met zekerheid kunnen zeggen dat sommige corona’s een diameter hebben van nog geen halve meter. ‘In dit veld is dat een onvoorstelbaar nauwkeurig resultaat’, aldus Scholten.

LOFAR 3D measurement of lightning

Bij het ontwikkelen van een bliksemschicht, die tientallen kilometers lang kan zijn, worden enorme aantallen radio-pulsjes uitgezonden. Ieder pulsje is van zeer korte duur, typisch 100 nanoseconde, en kan goed met LOFAR worden waargenomen, zelfs op afstanden van 100 km.  Het is niet bekend hoe het komt dat deze korte radiosignalen worden uitgezonden.  

Ontladers

Ook de locaties van de ontladingen op het vliegtuig konden de onderzoekers nauwkeurig bepalen. Hierbij bleek, verrassend, dat de ontladers die hiervoor speciaal op elk vliegtuig zijn aangebracht eigenlijk geen rol speelden; de ontladingen vonden plaats bij de twee motoren en op één specifieke plek op de staart van het vliegtuig.

Dit terwijl de statische ontladers zo zijn ontworpen en geplaatst, dat ze garanderen dat er bij het ontladen geen vonken ontstaan die schade aan het vliegtuig kunnen veroorzaken en dat de communicatie niet verstoord raakt.

Nu is één waarneming nogal mager, dus zochten de wetenschappers in oudere gegevens van LOFAR naar aanwijzingen voor meer vliegtuigen. Ze vonden nog een exemplaar, dat op een hoogte van 11,6 kilometer vloog. Ook bij dit toestel vonden de ontladingen plaats bij de motoren en op één plek van de staart.

Dat is nog steeds geen significante steekproef natuurlijk, maar wel een aanwijzing dat de ontladers in elk geval niet altijd werken. De waarnemingen zijn dan ook interessant voor de luchtvaartindustrie, die met dat gegeven voortaan rekening kan houden – of wellicht zelfs betere ontladers moet gaan ontwerpen.

De resultaten van dit onderzoek zijn op 26 november gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

 

Openingsbeeld: Depositphotos