Blixtar har distinkta sicksackformer och fysiker har länge undrat varför. Nu, John Lowke och Endre Szili vid University of South Australia har gjort beräkningar som skulle kunna förklara detta beteende.
Duon skapade en modell som beskriver den ovanliga utbredningen av "blixtledare" - kanaler av joniserad luft - som kopplar åskmoln till marken. De föreslår att sicksackstegen är förknippade med mycket exciterade, metastabila syreatomer – vilket gör det mycket lättare för elektrisk ström att flöda genom luften.
Blixtar tycks fortplanta sig i en serie steg som involverar ledare, som är tiotals meter långa och härstammar från åskmoln. En ledare tänds i cirka 1 µs när strömmen flyter, vilket skapar ett steg. Sedan kommer kanalen att mörkna i tiotals mikrosekunder, följt av bildandet av nästa lysande steg i slutet av föregående ledare – ibland med förgrening. Denna process upprepas för att skapa en välbekant taggig blixtform. En märklig aspekt av denna process är att när ett steg väl har tänts upp och mörknat, tänds det inte igen – trots att det är en del av den dirigerande kolumnen.
Denna stegning är känd för att vara ansvarig för de distinkta sicksackmönster som finns i blixtstrimmor, men det finns flera obesvarade frågor om fysiken bakom detta fenomen. Speciellt karaktären hos de mörka men ändå ledande kolumnerna som förbinder ledare med åskmoln har i stort sett förblivit ett mysterium.
Singlet delta syre
I sin studie beräknar Lowke och Szili att stegbeteendet kan kopplas till en ansamling av mycket exciterade syremolekyler som kallas "singlet delta metastabilt syre". Dessa molekyler har en strålningslivslängd på ungefär en timme och gör att elektroner lossnar från negativa syrejoner – vilket ökar ledningsförmågan hos luften som omger dem.
Fysikern som tämjer blixten
Duon föreslår att tiden mellan på varandra följande steg motsvarar den tid som krävs för att tillräckliga koncentrationer av de metastabila molekylerna ska ackumuleras vid ledarspetsarna. Detta ökar det elektriska fältet vid spetsen, vilket gör ytterligare jonisering möjlig i nästa steg. Dessutom föreslår forskarna att höga koncentrationer av singlett delta-syre bör bestå i tidigare steg, vilket gör att dessa steg kan behålla sin elektriska ledningsförmåga, även utan ett upprätthållande elektriskt fält.
Lowke och Szili hoppas att en bättre förståelse för denna process kan leda till nya tekniker och starkare regler för att skydda byggnader från blixtnedslag. Detta kan minimera de ekonomiska och miljömässiga skadorna orsakade av blixtnedslag samtidigt som hotet mot liv och lem minskar.
Forskningen beskrivs i Journal of Physics D: Tillämpad fysik.
