Onweersbuien kunnen gepaard gaan met meerdere fenomenen. En hier gaat het niet alleen om "de normale bliksem". Denk bijvoorbeeld ook aan Sint-Elmsvuur, Stratosfeerontladingen en Red Sprites. Maar er is nog eentje die misschien niet zo heel bekend is, en dat is een aardse gammaflits.
Een onweersbui is een bui die gepaard gaat met elektrische ontladingen. Deze ontladingen zie je als een lichtflits (dus de bliksem) gevolgd door een rommelend geluid (de donder). Over het ontstaan van onweersbuien, over bliksem en gedonder hebben we het al vaker gehad (bijvoorbeeld in de blog van 24 mei 2021), want onweersbuien komen namelijk geregeld in Nederland voor. Heel af en toe gaan ze gepaard met tornado's, maar vaker valt er hagel of komen er (zware) windstoten voor. Soms gaan onweersbuien ook gepaard met wat anders, namelijk een aardse gammaflits (in het Engels: terrestrial gamma-ray flash, oftewel TGF).
Gammaflitsen
Een gammastraal is bijna als een Röntgenstraal, maar het heeft veel meer energie. Het gaat hier dus om elektromagnetische straling. Gammastraling komt aan de kant voor met de hoogste frequenties en wordt vooral waargenomen in de ruimte (bijvoorbeeld tijdens supernova's). Gammastraling is onzichtbaar en wordt door de atmosfeer vanuit de ruimte geabsorbeerd.
Het elektromagnetisch spectrum, zoals uitgebeeld door NASA. Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kleinste golflengte. Mensen kunnen alleen het kleine deel "visible light" met het oog waarnemen.
Een gammaflits is dan een heftige uitbarsting van hoogenergetische gammastraling in een hele korte tijd. Een aardse gammaflits, ook wel donkere bliksem genoemd, is een uitbarsting van gammastralen die geproduceerd wordt in de atmosfeer van de aarde. Zo'n gammaflits duurt maar 0,2 tot 3,5 milliseconden en bevat enorme hoeveelheden energie. Denk hier in de orde van zo'n 20 miljoen elektronvolt. Het blijkt dat deze flitsen geproduceerd worden door intense elektrische velden die boven of in onweersbuien voorkomen.
Bliksem in een onweersbui. Boven of in een onweersbui kan er een elektrisch veld voorkomen dat een gammaflits kan produceren. (Foto: Wouter van Bernebeek, Mook, 29 september 2023)
Ontdekking van aardse gammaflitsen
Aardse gammaflitsen (TGF) waren voor het eerst ontdekt in 1994 door een NASA-ruimtevaartuig, het Compton Gamma Ray Observatory en BATSE (Burst and Transient Source Experiment). Een daaropvolgende studie van Stanford University uit 1996 bracht een TGF in verband met een individuele blikseminslag binnen een paar milliseconden na de TGF voorkwam.
Inmiddels zijn er al meerdere studies gedaan naar aardse gammaflitsen en het blijkt dat er wereldwijd dagelijks ongeveer 500 van deze hoogenergetische gammaflitsen voorkomen. Maar wij mensen merken hier niets van, want deze stralen worden de ruimte ingestuurd en wat niet naar de ruimte gaat, wordt door de atmosfeer geabsorbeerd.
Dagelijks zijn er wereldwijd zo'n 500 aardse gammaflitsen. In deze afbeelding zijn er enkele te zien die op een gegeven moment door de Fermi Gamma Ray Space Telescoop zijn gespot in 2010. (Bron: NASA)
Hoe werkt het?!
Hoe deze flitsen precies ontstaan, is nog niet helemaal zeker. Wel bestaat er consensus over de fysieke vereisten. In kort gaat het om elektronen met snelheden dicht bij de snelheid van licht, die met atoomkernen in de lucht botsen. Tijdens deze botsingen geven de elektronen hun energie vrij in de vorm van gammastraling. Grote hoeveelheden van deze energetische elektronen kunnen voorkomen in een elektrisch veld dat bijvoorbeeld door bliksem wordt veroorzaakt.
Een schematische voorstelling van het ontstaan van aardse gammaflitsen (de rode pijlen, oftewel "Gamma-rays"). De energetische elektronen vormen in een elektrisch veld ("E-field" op de afbeelding) dat door bliksem wordt veroorzaakt. (Bron: Becarlson via Wikipedia, copierecht onder Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)
ASIM
Momenteel worden deze aardse gammaflitsen door de Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) waargenomen. ASIM is een project onder leiding van de European Space Agency (ESA) en bestaat uit het plaatsen van camera's en röntgen-/gamma-straal detectoren op het internationale ruimtestation. Deze detectoren zijn geplaatst om de bovenste laag van de atmosfeer waar te nemen en zo (red) sprites, jets en aardse gammaflitsen te bestuderen.
TGF's ook in Nederland?!
Gammastralen zijn dus niet met het blote oog te zien. Ze maken geen deel uit van het "zichtbaar licht" in het elektromagnetisch spectrum. Wat we wél kunnen waarnemen is bliksem. Vanmiddag is dat lokaal al te zien en in de loop van de avond neemt vanuit het zuiden de kans op forsere (onweers)buien toe!
Meer weten waar en wanneer de onweersbuien voorkomen, kan hier. Voor de actuele bliksemontladingen, kijk hier.
Voorpagina: een illustratie van aardse gammaflitsen. Het gele deel stelt de energetische elektronen voor, terwijl het roze deel de aardse gammaflitsen aanduidt. (Bron: NASA)
