Ljusa blixtar har mörka föregångare
Mycket av det som inträffar under ett åskoväder är en gåta för vetenskapen. Först nu börjar forskarna förstå vad som tänder själva blixturladdningen. Och tack vare nya mätresultat växer även kunskapen om så kallade mörka blixtar, som upptäcktes för drygt 20 år sedan. Av en slump.
Bild: Istock
Enligt nya rön av forskare i Norge och USA, tycks varje blixt föregås av en mörk blixt, ett för ögat osynligt utbrott av gammastrålar.
– Vi tror att de mörka blixtarna av gammastrålning kommer precis före den ljusa blixturladdningen, säger Nikolai Østgaard, professor i rymdfysik vid universitetet i Bergen.
De mörka blixtarna upptäcktes av en slump 1991, och kallades då för jordiska gammablixtar – den mest energetiska strålning som naturen åstadkommer på jorden. Gammablixtarna är extremt korta och energirika, och till skillnad från sina ljusa följeslagare, är de tysta och osynliga för ögat. Det är först nu som Nikolai Østgaard och hans kolleger har kunnat binda dem till ljusa blixtar.
– Vi gick igenom gamla satellitdata från 2006 och såg att satelliten, som normalt följde gammastrålning från rymden, noterade en gammablixt nerifrån jorden under en häftig storm i Venezuela. En bråkdel av en sekund senare fick en annan satellit in en ljussignal från samma åskoväder.
De två blixtarna följdes dessutom av en tredje – en kort radiosignal – som fångades 3 000 kilometer längre bort, vid Duke university i USA. De tre blixtutbrotten var över på en tredjedels sekund.
– Våra resultat tyder på att den tidigare teorin om att mörka och ljusa blixtar uppträder var för sig inte håller. Men exakt vad som händer när blixtarna skapas vet vi inte än, säger Nikolai Østgaard.
Man tror att en mörk blixt är ett utbrott av gammastrålar som sänds ut när elektroner far med nästan ljusets hastighet inne i ett åskmoln. I kollisioner med luft frigörs fler elektroner, en del lite långsammare som sänder ut radiovågor. Ljusblixten kommer strax efter.
Den gängse modellen för hur ett åskmoln uppstår handlar om hur starka vertikala vindar bildas under varma dagar och för med sig hagel och is som kolliderar. Friktionen överför elektroner mellan dem och det skapas ett elektriskt fält inne i molnet. Ispartiklar, som är lättast, hamnar i molnets topp som då blir positivt laddad, medan de negativa laddningarna samlas i botten på molnet. Denna spänningsskillnad ligger bakom atmosfäriska urladdningar.
Men ännu vet ingen säkert vad som tänder blixturladdningar i åskmolnet. Det elektriska fältet måste nämligen bli uppåt 3 miljoner volt per meter, för att starta en urladdning. Dessutom är luften en utmärkt isolator, så det är inte heller lätt för elektronerna att ta sig igenom. Något måste tända den första gnistan. Ryska forskare anser sig nu ha fått bevis för sin 20 år gamla teori om att det är partiklar i den kosmiska strålningen som ligger bakom.
Den kosmiska strålningen består av extremt snabba partiklar som kommer in i jordens atmosfär från alla håll i rymden. När de krockar med jordens övre atmosfär ger de upphov till skurar av elektriskt laddade partiklar. Tanken är att dessa partikelskurar sätter i gång en kedjereaktion inne i åskmolnet. Den börjar med att en mycket snabb partikel träffar en luftmolekyl och slår ut en elektron. Den fria elektronen accelereras i molnets elektriska fält nästan till ljusets hastighet och krockar med fler luftmolekyler så att ännu fler elektroner frigörs. En sådan lavinartad utveckling skapar en perfekt elektriskt laddad tunnel för en blixturladdning.
– Det är möjligt att den kosmiska strålningen ger startskottet till blixtarna, säger Vernon Cooray, åskexpert och professor i elektricitetslära vid Uppsala universitet.
– Eller så uppstår starkt laddade områden i åskmolnen på något annat sätt som vi ännu inte har förstått, men som ger liknande effekter. Det mest sannolika är att flera olika mekanismer leder till att det blixtrar.
Hittills har upptäckterna gjorts mer eller mindre slumpvis av instrument som egentligen har byggts för andra ändamål. Men inom de närmaste tre åren planerar den europeiska rymdstyrelsen ESA att sända upp en satellit som ska bevaka åskurladdningar. Nikolai Østgaard ingår i det team som bygger en mätapparat för att mäta de jordiska gammablixtarna.
– För bara ett par decennier sedan hade vi ingen aning om att mörka blixtar alls förekom. Men de finns ju rakt över oss.
