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Gewitterwolken im Visier

Raketen als Köder / Blitze setzen Röntgenstrahlung frei

Von Rainer Scharf

Gewitter sind seit jeher faszinierende Naturschauspiele. Sie erzeugen aber nicht nur gleißende Lichtblitze und ohrenbetäubenden Donner, sondern senden auch Röntgenlicht und andere energiereiche Strahlung aus. Das haben Forscher vom Florida Institute of Technology in Melbourne registriert, als sie bei Gewittern gezielt Blitze mit Raketen auslösten.

Bei einem Blitz findet ein elektrischer Ladungsaustausch statt, zumeist zwischen der positiv geladenen Unterseite einer Gewitterwolke und der negativ geladenen Erdoberfläche. Was zunächst ein einzelner Blitz zu sein scheint, ist in Wirklichkeit ein komplizierter Vorgang, der in mehreren Phasen abläuft.

Zunächst gehen von einer Gewitterwolke sogenannte Leitblitze aus, die gewissermaßen das Terrain sondieren. Dabei bilden sich dünne Kanäle aus ionisiertem Gas, die sich schrittweise der Erdoberfläche nähern. Erreicht einer der Kanäle den Boden oder ein hervortretendes Objekt, so schließt sich der Kontakt, und der Hauptblitz schlägt von der Erde ausgehend in die Wolke ein. Durch denselben Kanal kann anschließend abermals ein Leitblitz von der Wolke zur Erde gelangen, der dabei mit hoher Geschwindigkeit vorankommt. Daraufhin schlägt wiederum ein Hauptblitz durch. Dieses Spiel kann sich einige Male wiederholen.

Schon zu Beginn des vergangenen Jahrhunderts hatte man vermutet, daß die in einem Blitz auftretenden elektrischen Felder Elektronen auf extrem hohe Geschwindigkeiten beschleunigen können. Prallen diese Teilchen anschließend auf Atome, dann sollte energiereiche Röntgenstrahlung freigesetzt werden. Vor zwanzig Jahren konnte diese These erstmals bestätigt werden. Bislang war es allerdings noch nicht gelungen, die bei einem Blitz entstehende Röntgenstrahlung präzise zu vermessen. Denn zu selten schlägt normalerweise der Blitz in unmittelbarer Nähe der aufgebauten Detektoren ein.

Statt auf einen Blitzeinschlag zu warten, lösten Joseph Dwyer und seine Kollegen die Entladungen gezielt an der von ihnen gewünschten Stelle aus. Während verschiedener Gewitter schossen sie kleine Raketen von einer mobilen Abschußrampe in die Höhe. Die Flugkörper waren mit einem einige hundert Meter langen Kupferdraht mit dem Erdboden verbunden. In der Nähe der Abschußrampe hatten die Forscher in einem Aluminiumbehälter einen Photodetektor zum Nachweis der energiereichen Strahlung aufgebaut. Allerdings konnte der Detektor nicht zwischen Elektronen, Röntgen- oder Gammastrahlung unterscheiden.

Wie die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Science" (Bd. 299, S. 694) berichten, schlug es siebenmal in ihren Raketen ein. Dabei kam es zu 37 Leitblitzen und ebenso vielen Hauptblitzen zwischen Raketen-Startrampe und Gewitterwolke. In rund 30 Fällen registrierte der Detektor jeweils einen intensiven Strahlungspuls, der weniger als 100 millionstel Sekunden dauerte. Genaue Zeitmessungen ergaben, daß die Strahlungspulse auftraten, während der Leitblitz noch unterwegs war und der Hauptblitz noch nicht begonnen hatte.

Der Verlauf der Strahlungspulse deutete darauf hin, daß die Elektronen in den Leitblitzen auf Energien von mehreren Millionen Elektronenvolt beschleunigt werden. Damit können die Teilchen nicht nur Röntgenstrahlen, sondern sogar die noch energiereichere Gammastrahlung erzeugen. Die dabei auftretenden Prozesse wollen die Forscher mit ihren kontrollierten Blitzexperimenten bald genauer untersuchen. 

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 12.02.2003, Nr. 36 / Seite N2

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