|
|
|
Een bolbliksem is een zeldzaam en wetenschappelijk nog niet duidelijk verklaard fenomeen waarbij een helder oplichtend bolvormig object ontstaat met diameters die kunnen variëren van enkele centimeters tot een aantal meter. Het wordt soms waargenomen in de buurt van een blikseminslag
en is dan gedurende meerdere seconden zichtbaar. Een bolbliksem doet zich meestal voor bij zwaar onweer, maar er zijn ook gevallen bekend waarin een bolbliksem optrad tijdens helder weer. |
 |
| Familie wordt opgeschrikt door bolbliksem door de schoorsteen, 1886 |
|
|
 |
| Gravure van vier mannen worden opgeschrikt door een bolbliksem |
|
Het verschijnen van bolbliksem kan plaatsvinden na die van bliksem. Het is over het algemeen geel en neigt naar rood, hoewel het blauw, groen of wit kan zijn. Het gaat vaak gepaard met knetterende of sissende geluiden na onweer en een geur van ozon, zwavel of stikstofmonoxide. De diameter varieert doorgaans van twintig tot veertig centimeter en de levensduur varieert tussen één en vijf seconden. Het kan onbeweeglijk blijven of horizontaal bewegen met een snelheid van enkele meters per seconde, met een roterende beweging
op zichzelf. Bliksemballen zijn vaak gevoelig voor elektromagnetische velden en worden aangetrokken door elektrische draden en stopcontacten, of zelfs door auto's. |
| |
Een bliksembol kan op twee manieren uitgaan. De eerste modus is explosief, snel en gaat gepaard met een gewelddadig geluid. De tweede is een stille uitsterving waarvan de duur variabel is. De helderheid van de bal kan zeer sterk of juist zwak zijn, terwijl de
temperatuur 1.700°C kan bereiken. Volgens sommige getuigenissen komt de
temperatuur in het kielzog daarvan echter niet boven de 60°C. |
| |
Getuigen melden zelfs dat ze hen vliegtuigen of zelfs ramen of muren hebben zien oversteken; of na een hevige storm en vóór zeer grote hagel (ongeveer acht centimeter
in diameter); gedurende een periode van hoge luchtvochtigheid, die bijna twee uur duurt, met tussenpozen van ongeveer tien minuten; bliksemballen met een diameter van enkele centimeters, gevolgd door een zeer lichtgevende pluim van enkele meters, die zich met lage snelheid voortbeweegt op bijna rechtlijnige trajecten, evenwijdig aan de grond, een paar meter van de waarnemer en met een persistentie van minstens een minuut per keer. |
|
| Film rechts: Een vuurbal als gevolg van blikseminslag wordt ook wel bolbliksem genoemd. Bron: Youtube |
|
|
|
| Film van een bolbliksem /vuurbol |
|
| Over dit fenomeen beschikken we over zeer weinig kennis, voornamelijk gebaseerd op getuigenissen. We weten daarom nog niet hoe bolbliksem ontstaat, maar er zijn verschillende theorieën. |
| |
Ten eerste legt de chemische modeltheorie uit dat, aangezien bliksemballen meestal verschijnen tijdens een zware onweersbui, er ook een blikseminslag plaatsvindt. Wanneer het de grond raakt, verdampt het deeltjes van brandend silicium, zuurstof en koolstof, die samen lange ketens vormen. Deze langzaam brandende filamenten hebben de neiging zich terug te vouwen en balletjes te vormen (zie analogie met polymeren). Deze deeltjes, van micro- of zelfs nanometrische grootte, zijn negatief geladen. Deze kunnen dan een bol vormen die langzaam in de lucht zal oxideren.
De chemische theorie verklaart echter niet de enorme hoeveelheid elektrische energie die erin zit, die elektrische apparaten kan laten branden, noch de knetterende geluiden die door getuigen worden waargenomen. |
| |
Plasmafysica kan een verklaring bieden voor de aanwezige energie. De bliksembol zou een plasma bevatten, gevormd uit een gewoon gas waarin bliksem de verwijdering van een of meer elektronen uit een groot aantal atomen en moleculen veroorzaakt. Deze atomen en moleculen worden vervolgens geïoniseerd, en we zeggen dat de plasmatoestand wordt bereikt wanneer voldoende atomen zijn geïoniseerd zodat het medium een macroscopisch gedrag aanneemt dat afwijkt van dat van een gewoon gas. De plasmabal zou worden doorkruist door elektrische stroomlijnen
die in een lus zijn aangebracht en elkaar doordringen om elkaar op te sluiten door de magnetische velden die ze creëren. Dit wordt mogelijk gemaakt voor zeer hoge temperaturen (3.000°C), die grotendeels worden verkregen na blikseminslag. Eenmaal gemaakt, verspreidt de bal zijn energie in thermische en lichte vorm. Hierdoor wordt de temperatuur verlaagd, totdat de geleidbaarheid van het plasma te laag is om stabiliteit te garanderen. De vuurbal beëindigt dan zijn bestaan door uiteen te vallen. In 2006 werd deze theorie getest door een team van Israëlische onderzoekers die erin slaagden mini-vuurballen van drie centimeter in diameter te creëren met behulp van een eenvoudig aangepaste magnetron die een siliciummonster bombardeerde met microgolven. Dit experiment is echter slechts een half succes omdat de minivuurballen slechts enkele duizendsten van een seconde overleven., dit is 1.000 tot 100.000 keer minder dan het fenomeen dat in de natuur wordt waargenomen. |
| |
| Geen van deze twee theorieën, die betrekking hebben op materie, verklaart echter de waarnemingen van bepaalde getuigen die bolbliksem door een muur zagen gaan |
| |
In beide gevallen zijn we van mening dat de persistentie van bolbliksem en de ongevoeligheid voor convectie die ondanks hoge temperatuur niet
stijgt in stand kunnen worden gehouden door de sterke elektromagnetische straling van bliksem. Het fenomeen bolbliksem wordt in het bijzonder bestudeerd door teams die werken aan gecontroleerde fusie en voortstuwing van de ruimte. De term plasmoïde is de wetenschappelijke naam voor bolbliksem. |
| |
Er zijn twee soorten plasmoïden: het alfa-type (ring van elektrische stroom begrensd door zijn veld) en het bèta-type (elektrische ontlading die rond het oppervlak van een torus is gewikkeld en zijn eigen magnetische veld opsluit). In beide gevallen betekenen de wetten van Maxwell dat de afnemende variatie van de stroom een toename van het magnetische veld veroorzaakt, wat bijdraagt aan het voortbestaan van het fenomeen gedurende een variabele tijd. Echte wervels van gecondenseerde en op zichzelf staande elektrische energie, plasmoïden, zullen het misschien
mogelijk maken de enorme technische problemen te overwinnen die men tegenkomt bij tokamak-achtige installaties. |
| |
| Er is gesuggereerd dat bolbliksem gebaseerd is op sferisch symmetrische niet-lineaire oscillaties van geladen deeltjes in plasma het analogon van een Langmuir-ruimtesoliton. Deze oscillaties zijn beschreven in zowel klassieke als kwantum benaderingen. Er is gevonden dat de meest intense plasma-oscillaties optreden in de centrale gebieden van bolbliksem. |
| Nikola Tesla was de eerste die hoogenergetische kunstmatige bliksem creëerde en rapporteerde in zijn aantekeningen bolbliksem in zijn laboratorium. |
| |
| Siliciumwolken |
Een hypothese die in 2000 in Nieuw-Zeeland werd gepresenteerd door John Abrahamson en James Dinniss, stelt dat bolbliksem niet-elektrisch van aard is, maar wordt veroorzaakt door bliksem die de grond raakt. Hierbij wordt siliciumdioxide uit zand of silica afgebroken tot silicium en zuurstof. Terwijl de zuurstof in de grond reageert met koolstof, komt het silicium als damp of aerosol uit het bliksemkanaal tevoorschijn en wordt het langzaam geoxideerd door zuurstof uit de lucht, waardoor het gaat gloeien. De siliciumdeeltjeswolk kan dankzij
zijn lading een bolvorm aannemen door zelforganisatie. Het is dus mogelijk dat het na het binnendringen van een kleine opening weer samen kan komen. |
| |
| Deze hypothese werd in Brazilië aan de Universidade Federal de Pernambuco getest door Antonio Pavão en Gerson Paiva door siliciumplaten elektrisch te verdampen en het silicium-luchtmengsel te ontsteken met behulp van een vonkontlading. De kleur, temperatuur en levensduur (8 seconden) van de siliciumdampballen ter grootte van een tafeltennisbal kwamen overeen met de getuigenverklaringen, voor zover deze accuraat zijn voor een zeldzaam kortetermijn verschijnsel. |
|
|
 |
| Spectrum van bolbliksem waargenomen in 2012 |
|
| |
| In 2012 werd deze hypothese bevestigd door de toevallige waarneming van bolbliksem met behulp van spectrometers. Tijdens een onweersbui in Datong County werd een bolbliksem met een diameter van 5 m die in 1,6 seconden ongeveer 15 m aflegde, waargenomen en geregistreerd door Chinese wetenschappers vanaf een afstand van 900 m. In het spectrum van bolbliksem werden silicium, ijzer en calcium gedetecteerd, allemaal elementen die ook in de grond overvloedig aanwezig waren. |
| |
| Impact in plassen water |
Een andere hypothese komt van de Duitse plasmafysicus Gerd Fußmann van de Humboldt Universiteit in Berlijn. In 2008 gebruikte hij een zeer eenvoudige experimentele opstelling om een gloed te creëren die leek op de beschrijvingen van bolbliksem. Hij vulde een vat met water, plaatste er twee elektroden in en legde gedurende een fractie van een seconde een spanning van 5 kV aan. Ongeveer een halve seconde lang verscheen er een structuur die hij interpreteerde als bolbliksem. Hieruit concludeerde hij dat
bolbliksem in de natuur zou kunnen voorkomen door normale blikseminslagen in waterplassen.
Experimenteel geproduceerd plasmoid op een plas water |
| |
| Zijn werk is gebaseerd op het werk waarbij hij in 2006 betrokken was als hoofd van de gezamenlijke plasmafysica-werkgroep. Destijds creëerden de wetenschappers gloeiende bolbliksemachtige plasmaballen over een wateroppervlak met een levensduur van iets minder dan een halve seconde en een diameter van 10 cm tot 20 cm. Twee elektroden werden ondergedompeld in een bekerglas gevuld met zout water, waarbij één elektrode werd geïsoleerd van het omringende water door een kleibuis (die iets uit het wateroppervlak stak). Als via een condensatorbank van 0,5 mF een hoge spanning van 5 kV werd aangelegd, stroomde er gedurende 0,15 seconde een stroom van maximaal 60 ampère door het water. Door een flashover van het water bereikte de elektriciteit de kleibuis, waardoor het daarin aanwezige water verdampte. Na de stroompuls verscheen er een gloeiend plasmoïde gemaakt van geïoniseerde watermoleculen. |
|
|
 |
| Experimenteel geproduceerd plasmoid op een plas water |
|
| |
| Staande golven en maser |
| Een andere hypothese werd in 1955 naar voren gebracht door de Russische natuurkundige Pjotr Kapiza. Hij berekende de levensduur van een nucleaire explosiewolk tot aan de afmetingen die worden aangenomen door bolbliksem en kwam tot een levensduur van minder dan 10 milliseconden voor een vuurbal met een diameter van 10 cm. Omdat bolbliksem doorgaans enkele seconden wordt waargenomen, kwam hij tot de conclusie dat deze extern moet worden gevoed en dat een interne reactie, ongeacht het type, niet voldoende is om aan de energiebehoefte te voldoen. Vervolgens ontwikkelde hij de hypothese dat er tijdens een onweersbui staande elektromagnetische golven ontstaan tussen de hemel en de aarde, en dat bolbliksem optreedt bij de antinodes. Kapiza ging echter niet in op de vraag dat er een aantal antinodes zijn en welke omstandigheden ervoor zorgen dat een bepaalde antinodes bolbliksem worden. Om een locatie te vormen waar bij voorkeur energie vrijkomt, moet het gas dat zich daar bevindt op zijn minst zwak geïoniseerd (geleidend) zijn in vergelijking met de omringende lucht en het is onduidelijk hoe een dergelijke initiële ionisatie zich kan ontwikkelen. Een heteluchtbel is een theoretisch voorbeeld, omdat de ionisatie van lucht toeneemt met de temperatuur. Als zo’n luchtbel meer energie zou krijgen, zou dit leiden tot een verdere temperatuurstijging en dus tot een zelfexpanderend proces. |
| |
| Peter Handel breidde de hypothese uit door een atmosferische maser voor te stellen. Als het volume van een maser groot genoeg is enkele kubieke kilometer, kunnen voldoende moleculen in een aangeslagen toestand worden gebracht door alleen te pompen wat bij kleine masers meestal resulteert in onmiddellijke dissipatie van energie. Händel heeft aangetoond dat er solitonoplossingen bestaan binnen de maser, dat wil zeggen een stabiele staande golf in het niet-lineaire medium waarvan de energie een tijdje door de maser wordt vastgehouden. |
| |
| De vorming en beweging van bolbliksems zou daarom gebonden zijn aan de locatie waar energie vrijkomt. Daarom zouden ze, in tegenstelling tot gewoon plasma, niet opstijgen en ongevoelig zijn voor wind. Als bouwmaterialen microgolven doorlaten, wat meestal het geval is, zou dergelijke bolbliksem daar zeker doorheen kunnen dringen. |
| |
| Experimenten met krachtige microgolfzenders uitgevoerd door Ohtsuki en Ofuruton leverden plasmaballen op met vergelijkbare afmetingen en levensduur. De ballen konden tegen de wind in bewegen en leken door een keramische plaat van 3 cm dik te dringen. |
| |
| Elektromagnetisch knooppunt |
| Een elektromagnetisch knooppunt wordt gedefinieerd als een vacuümoplossing van de vergelijkingen van Maxwell met de eigenschap dat alle elektrische en magnetische veldlijnen gesloten zijn. Volgens deze hypothese bestaat het volume van bolbliksem niet volledig uit plasma, maar uit onderling afhankelijke plasmabuizen die elkaar magnetisch en hydrodynamisch stabiliseren en eigenschappen hebben met een levensduur van ongeveer 10 s en een netto straling van ongeveer 100 W met een totale energie van ongeveer 20 kJ zonder externe energietoevoer, zoals kan worden aangetoond door geschikte elektrodynamische modelberekeningen op basis van de vergelijkingen van Alfvén en Maxwell. Het grootste deel van de energie wordt niet opgeslagen in het plasma van de bliksemontlading, maar als magnetische veldenergie, waarbij wordt uitgegaan van een magnetische fluxdichtheid van 0,5 T tot 2 T. |
| |
|
|
|
|
|
|
