Balbliksem mag dan exotischer zijn dan vonken uit magnetrons, maar de meeste wetenschappers zijn ervan overtuigd dat het niet minder echt is. Martin A. Uman, voorzitter van de afdeling elektrotechniek en computertechniek van de Universiteit van Florida in Gainesville legt uit:
“Kogelbliksem is een goed gedocumenteerd fenomeen in de zin dat het sinds de tijd van de oude Grieken door mensen uit alle lagen van de bevolking is gezien en consistent beschreven. Er is geen algemeen aanvaarde theorie over de oorzaak ervan. De bolbliksem bestaat niet noodzakelijk uit plasma; hij zou bijvoorbeeld het resultaat kunnen zijn van een chemiluminescent proces. De literatuur staat bol van de speculaties over de fysica van de bolbliksem.”
Peter H. Handel van de afdeling natuur- en sterrenkunde van de Universiteit van Missouri in St. Louis geeft een gedetailleerd overzicht en stelt zijn favoriete model van de bolbliksem voor:
“Volgens statistisch onderzoek uitgevoerd door J. R. McNally in 1960 (J. R. McNally, “Preliminary Report on BallLightning” in Proceedings of the Second Annual Meeting of the Division of Plasma Physics of the American Physical Society, Gatlinburg,No. 2AD5 , Paper J-15, pp. 1AD25), is de bolbliksem gezien door 5 procent van de bevolking van de aarde. Dit percentage is ongeveer gelijk aan het deel van de bevolking dat een gewone blikseminslag van dichtbij heeft gezien – dat wil zeggen, dichtbij genoeg om het directe punt van de blikseminslag te zien.
“Kogelbliksem werd al sinds de oudheid gezien en beschreven, vaak door groepen mensen, en op vele plaatsen opgetekend. Het wordt in het algemeen beschreven als een lichtgevende bol, meestal zo groot als het hoofd van een klein kind. Hij verschijnt meestal tijdens onweersbuien, soms binnen enkele seconden na de bliksem maar soms ook zonder duidelijk verband met een bliksemschicht. In sommige gevallen verschijnt de bolbliksem na een onweersbui – zelfs ervoor. De levensduur varieert sterk, van enkele seconden tot enkele minuten; de gemiddelde duur is ongeveer 25 seconden. De levensduur van de bolbliksem heeft de neiging toe te nemen met de grootte en af te nemen met de helderheid. Ballen die duidelijk oranje en blauw lijken, lijken langer mee te gaan dan gemiddeld. Veel van deze algemene karakteristieken zijn gebaseerd op het werk van A.I. Grigoriev, die meer dan 10.000 gevallen van kogelbliksem analyseerde (A.I.Grigoriev, ” Statistical Analysis of the Ball Lightning Properties,” in Science of Ball Lightning, edited by Y. H. Ohtsuki, World ScientificPublishing Co., Singapore, 1988, pp. 88AD134).
“Kogelbliksem beweegt zich gewoonlijk evenwijdig aan de aarde, maar maakt ook verticale sprongen. Soms daalt hij uit de wolken, andere keren materialiseert hij zich plotseling binnen of buiten, of komt een kamer binnen door een gesloten of open raam, door dunne niet-metalen muren of door de schoorsteen. Wanneer hij door gesloten vensters gaat, beschadigt de bliksembol deze in ongeveer een derde van de gevallen met kleine gaatjes. De ballen hebben geen waarneembaar drijfvermogen. Al deze eigenschappen leidden ertoe dat de grote Russische natuurkundige Pjotr Kapitsa in 1955 de bolbliksem interpreteerde als een elektrodeloze ontlading veroorzaakt door een staande UHF-golf van onbekende oorsprong die aanwezig is tussen de aarde en de wolk; eerdere versies van dit idee dateren uit de jaren dertig van de vorige eeuw.
“Wetenschappers hebben Kapitsa’s speculatie sindsdien verfijnd. De Maser-Soliton Theorie, die ik voor het eerst beschreef in 1975 (P.H. Handel, “Maser Theory of Ball Lightning” in Bulletin of the American Physical Society Series II, Vol. 20, No. 26), is de hedendaagse versie van de UHF-ontlading benadering. Sinds 1992 leid ik het onderzoek naar de Maser-Soliton Theorie aan het Kurchatov Wetenschappelijk Centrum in Moskou. Volgens deze theorie worden buitenkogelbliksems veroorzaakt door een atmosferische maser – analoog aan een laser, maar werkend met een veel lagere energie – met een volume in de orde van grootte van vele kubieke kilometers.
“In technische termen: de maser wordt opgewekt door een inversie van de populatie in de rotatie-energieniveaus van de watermoleculen als gevolg van de korte veldpuls die met de bliksem gepaard gaat. Het grote volume lucht dat door de inslag wordt beïnvloed, maakt het moeilijk voor fotonen om te ontsnappen voordat zij “microgolfversterking door gestimuleerde stralingsemissie” (het masereffect) veroorzaken. Tenzij het volume van de lucht zeer groot is of is ingesloten in een geleidende holte (zoals het geval is bij bolbliksem in vliegtuigen of onderzeeërs en tot op zekere hoogte ook binnenshuis), zullen botsingen tussen de moleculen alle energie van de populatie-inversie verbruiken. Als het volume groot is, kan de maser een gelokaliseerd elektrisch veld of soliton opwekken dat aanleiding geeft tot de waargenomen bolbliksem. Een dergelijke ontlading is echter nog niet in het laboratorium tot stand gebracht.
“De Maser-Soliton Theorie wordt ondersteund door drie bekende feiten. Ten eerste komt bolbliksem nooit voor op scherpe bergtoppen, hoge gebouwen en andere hoge punten die bliksem aantrekken en die door specialisten op het gebied van atmosferische elektriciteit worden gebruikt voor bliksemonderzoek. (Bliksemonderzoeker Karl Berger vertelde me dat hij zijn leven lang honderdduizenden bliksemontladingen heeft geregistreerd en gemeten die zijn laboratorium op de top van de berg Salvatore in Lugano, Italië, troffen, zonder een spoor van bolbliksem te krijgen). Het onvermogen om bolbliksems in dergelijke omstandigheden waar te nemen heeft geleid tot wijdverspreide frustratie en zelfs scepticisme over de realiteit van het verschijnsel. Maar in feite is de veldimpuls van de bliksem die hoge, gepiekte voorwerpen treft, gelokaliseerd in een smalle kegel die een betrekkelijk klein volume omsluit. Volgens de Maser-Soliton Theorie sluit deze omgeving het maser effect uit. Wanneer de bliksem daarentegen inslaat op het vlakke land, is de resulterende veldimpuls enorm: ongeveer 10 kilometer breed en drie kilometer hoog. Kogelbliksem bewaart dus zijn geheimen: hij bezoekt de boer en vermijdt de wetenschapper!
“Ten tweede is de bolbliksem ongevaarlijk in vliegtuigen en onderzeeërs of in huizen die een geleidend frame hebben.Weer volgens de Maser-Soliton Theorie is de energie van de maser in zulke omgevingen beperkt tot ongeveer 10 joule (in tegenstelling tot een limiet van109 tot 1010 joule in de open lucht), te weinig om levensgevaarlijk te zijn.
“En ten derde eindigt de bolbliksem in de open lucht vaak met een hevige explosie, die soms grote schade veroorzaakt. De explosie is vooral merkwaardig omdat geleidende voorwerpen meer dan diëlektrische met geweld worden verplaatst. Zo worden elektrische aansluitdozen soms door een buitenkogelbliksem uit de binnenmuren van huizen getrokken en midden op straat gegooid. De Maser-Soliton Theorie voorspelt dat dergelijke pieken zouden optreden wanneer de lading plotseling verdwijnt. (Wanneer de ontlading die de door de maser gegenereerde fotonen verbruikte plotseling verdwijnt, gaan deze fotonen langer leven en vermenigvuldigen zij zich onmiddellijk, onbegrensd door het maser-effect. Deze vermeerdering veroorzaakt een nog grotere ogenblikkelijke lawine van fotonen en een vrijwel ogenblikkelijke exponentiële groei van het elektrische veld. De toename gebeurt te snel om elektrische afbraak of verhitting te veroorzaken, maar kan zeer grote “ponderomotive krachten” veroorzaken – mechanische effecten die samengestelde voorwerpen met uiteenlopende diëlektrische constanten kunnen verscheuren.)
“De baanbrekende UHF-ontladingsbal-bliksemexperimenten van Ohtsuki en Ofuruton in Japan (Y. H. Ohtsuki en H. Ofuruton, ‘PlasmaFireballs Formed by Microwave Interference In Air’ in Nature Vol. 350 (1991), blz. 139) en het hierboven genoemde onderzoek bij Kurchatovin Moskou (V. A. Zhil’ tsov, C9. A. Manykin, E. A. Petrenko; en A. A. Skovoroda, J. F. Leitner en P. H. Handel, ‘Spatially Localized MicrowaveDischarge in the Atmosphere,’ in JETP Vol. 81, pp. 1072-81) hebben bijgedragen tot de oplossing van het enigma van de bolbliksem. Nu wij de ware aard van de bolbliksem schijnen te begrijpen, is het bijzonder jammer dat er in de V.S. geen fondsen beschikbaar zijn voor de studie en de gecontroleerde reproductie van dit fascinerende verschijnsel.
“Een centraal punt voor het onderzoek naar bolbliksem zal het Vijfde Internationale Symposium over Bal Bliksem zijn op 26-29 augustus 1997, georganiseerd door Y. H. Ohtsuki en H. Ofuruton van het Tokyo Metropolitan College of Aeronautical Engineering (voor informatie, stuur een e-mail naar [email protected]). Ik zal de vertegenwoordiger van de VS zijn in het Internationaal Comité; ik ben bereikbaar op [email protected]”
De wetenschappelijke gemeenschap is er steeds meer van overtuigd dat de bolbliksem een echt verschijnsel is (hoewel er nog steeds sceptici zijn). Wat de oorzaak van de bolbliksem zou kunnen zijn, is daarentegen een bron van voortdurende controverse. Eerder hebben we de bovenstaande theorie besproken. John Lowke, een plasmafysicus aan het Institute of Industrial Technologies, CSIRO, in Australië, geeft een andere theorie over het verschijnsel:
“Hoewel er minstens één leerboek over bliksem is dat het bestaan van bolbliksem in twijfel trekt en ik het verschijnsel nooit persoonlijk heb gezien, ben ik van mening dat er geen twijfel over bestaat dat bolbliksem bestaat. Ik heb met zes ooggetuigen van het fenomeen gesproken en denk dat er geen redelijke twijfel bestaat over de echtheid van hun waarnemingen. Bovendien lijken de verslagen allemaal opmerkelijk veel op elkaar en hebben ze gemeenschappelijke kenmerken met de honderden waarnemingen die in de literatuur verschijnen.
“Kogelbliksem wordt gewoonlijk beschreven als een lichtgevende bal met een diameter van één tot 25 centimeter en ongeveer de intensiteit van een gloeilamp van 20 watt; het verschijnsel treedt gewoonlijk op na een blikseminslag. Hij beweegt bijna altijd, heeft een topsnelheid van ongeveer drie meter per seconde en zweeft ongeveer één meter boven de grond. De beweging kan tegen de heersende bries in gaan en kan grillig van richting veranderen. Kogelbliksems kunnen tot 10 seconden aanhouden, waarna de bal geruisloos of met een knal dooft. Er zijn veel waarnemingen geweest van bolbliksems in huizen en zelfs in vliegtuigen. Er zijn ook een aantal waarnemingen geweest van bolbliksems die door gesloten glazen ruiten zijn gegaan, zonder duidelijke schade aan het glas. Meestal is er geen waarneembare warmteproductie, hoewel een recente waarneming melding maakte van een houten plank die verschroeid was. Verscheidene mensen hebben melding gemaakt van de geur van ozon en stikstofoxiden in verband met de bolbliksem en ook van statische elektriciteit in een transistorradio.
“Wetenschappers worstelen al tientallen jaren met het formuleren van een plausibele verklaring voor het bestaan van een stabiele plasmabol. Een hete plasmabol zou moeten opstijgen als een heteluchtballon, maar waarnemingen melden een dergelijk gedrag over het algemeen niet. Waarom beweegt zo’n bal, meestal tegen de wind in? Welke energiebronnen onderhouden de bliksembol, gezien het feit dat zo’n bol snel in intensiteit zou moeten afnemen?
“Er zijn honderden artikelen en minstens drie boeken over bolbliksem geschreven. De meeste theorieën roepen meer vragen op dan ze beweren op te lossen. De beroemdste theorie is waarschijnlijk die van de Russische Nobelprijswinnaar Pjotr Kapitsa, die beweerde dat de bolbliksem wordt veroorzaakt door een staande golf van elektromagnetische straling. Maar waarom zou er een staande golf van elektromagnetische straling zijn? Andere theorieën beweren dat er verschillende energiebronnen zijn voor de bolbliksem, waaronder atoomenergie, antimaterie, brandend materiaal of het elektrische veld van een wolk.
“Er is geen algemeen aanvaarde theorie over balbliksem. Ik heb mijn eigen theorie, gepubliceerd in het Journal of Physics D: Applied Physics, (“A Theory of Ball Lightning as an ElectricDischarge” in Vol. 29, No. 5, blz. 1237-1244; mei 1996). Ik stel voor dat de bolbliksem wordt aangedreven door het elektrische veld dat verbonden is met zich verspreidende ontladingen in de aarde na een blikseminslag. De beweging van de bal wordt bepaald door de snelheid van de elektrische lading die zich in de grond verspreidt na de eerste periode van elektrische ‘afbraak’ die optreedt op het moment van de inslag. In mijn artikel stel ik voor dat deze ontlading vergelijkbaar is met een corona-ontlading (zoals die voorkomt rond hoogspanningstransformatoren) en bestaat uit een opeenvolging van elektrische impulsen die plaatsvinden op een tijdschaal van microseconden.