Kugelblitze in der Mikrowelle

Wie man schwebende Feuerbälle im Labor erzeugt

Von Rainer Scharf

Kugelblitze geben der Wissenschaft noch immer Rätsel auf, obwohl sie inzwischen in Tausenden von Augenzeugenberichten beschrieben wurden. Demnach treten sie vor allem bei Gewittern auf, aber auch bei Erdbeben und Vulkanausbrüchen sind Kugelblitze schon beobachtet worden. Sie erscheinen als schwebende apfelsinen- bis fußballgroße Kugeln, die rot, orange oder gelb leuchten und dabei etwa so hell sind wie eine Sechzig-Watt-Glühbirne. Nach einigen Sekunden verschwinden sie lautlos oder in einer Explosion. Bislang ist es nicht gelungen, Kugelblitze im Labor herzustellen und systematisch zu untersuchen. Das scheint jetzt zwei Forschern der Universität Tel Aviv gelungen zu sein. Vladimir Dikhtyar und Eli Jerby haben in einem Mikrowellenfeld leuchtende Gaskugeln beobachtet, die den seltsamen Blitzen in vielem ähneln.

Die beiden Wissenschaftler haben die Feuerkugeln in einem besonders leistungsfähigen Mikrowellenofen erzeugt. Darin befindet sich ein Mikrowellenbohrer, mit dem sich staubund lärmfrei millimetergroße Löcher in elektrisch nichtleitende Materialien wie Glas, Keramik oder Gestein bohren lassen. Dazu wird ein Wolframstift, der von einer Metallröhre umgeben ist, mit dem Werkstück in Kontakt gebracht. Die Metallröhre leitet die von einem Magnetron erzeugten Mikrowellen zur Spitze des Wolframstiftes, wo sie gebündelt werden. Das Werkstück absorbiert die Mikrowellen und heizt sich dadurch an einer Stelle so stark auf, daß dort das Material schmilzt und ein Loch entsteht.

Bei ihren Bohrexperimenten an Basaltgestein beobachteten die beiden Forscher bisweilen, wie vom Brennfleck unter der Wolframspitze ein Feuerball aufstieg, sich langsam im Mikrowellenofen umherbewegte und nach etwa einer Sekunde wieder verschwand. Schließlich gelang es Dikhtyar und Jerby, die Feuerbälle auch gezielt herzustellen. Dabei nahmen sie mit der Wolframspitze zunächst einen kleinen Tropfen des geschmolzenen Gesteins auf. Der Silikattropfen wurde durch das Mikrowellenfeld so lange erhitzt, bis er verdampfte. Daraufhin bildete sich ein etwa drei Zentimeter großer Feuerball, der im Mikrowellenofen umherschwebte. Der Ball, der aus dichtem, gelblichrot leuchtendem Dampf bestand, konnte so elastisch schwingen, als bestünde er aus Gelee.

Wie Dikhtyar und Jerby in der Zeitschrift "Physical Review Letters" (Bd. 96, Nr. 045002) berichten, blieb der Feuerball stabil, solange er dem Mikrowellenfeld ausgesetzt war. Dabei nahm er fast die gesamte Leistung des Ofens auf. Wurde dieser abgeschaltet, leuchtete der Ball noch etwa vier Hundertstelsekunden lang nach, bevor er endgültig verlosch. Wie detaillierte Untersuchungen ergaben, bestand der Feuerball aus ionisiertem Gas oder Plasma. Auf seiner Oberfläche wies er eine Temperatur bis zu 1700 Grad Celsius auf. Als er auf eine Teflonscheibe traf, hinterließ er deutliche Brandspuren.

Die künstlichen Feuerkugeln hatten, was ihr Erscheinungsbild betrifft, große Ähnlichkeit mit den Kugelblitzen. Sie neigten auch wie die natürlichen Blitze dazu, sich an metallische Gegenstände anzuheften und an ihnen entlangzuwandern. Allerdings waren die künstlichen Feuerkugeln deutlich kleiner. Außerdem konnten sie nicht durch Glasscheiben treten, ohne diese zu zerstören, was immer wieder von Kugelblitzen berichtet worden ist. Als die Forscher einen Feuerball gezielt auf eine Glasscheibe treffen ließen, zerbrach sie. Wahrscheinlich sind es auch nicht Mikrowellen, die die natürlichen Kugelblitze mit Energie versorgen, sondern elektrische Entladungen. Die israelischen Forscher haben demonstriert, daß sich stabile Plasmakugeln auf vergleichsweise einfache Weise herstellen lassen. Das könnte nicht nur die Kugelblitzforschung beflügeln, sondern auch zu einigen Anwendungen in der Materialverarbeitung führen.
 

Text: F.A.Z., 06.02.2006, Nr. 31 / Seite 34