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Blitz und Röntgen

Von Rainer Scharf

Sie faszinieren uns mit ihrem gleißenden Licht und ohrenbetäubenden Donner. Blitze haben aber auch eine verborgene Seite, wie sich jetzt bei Experimenten mit Raketen gezeigt hat: Sie senden Röntgenlicht und andere hochenergetische Strahlung aus.

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

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Um die bei einem Blitz entstehende Röntgenstrahlung präzise zu messen, wurden Blitze mithilfe von Raketen und langen Kupferkabeln dazu gebracht, in der Nähe des Detektors einzuschlagen. (Quelle: Dwyer,  Florida Institute of Technology)

Zunächst gehen von einer Gewitterwolke so genannte Leitblitze aus, die gewissermaßen das Terrain sondieren. Dabei bilden sich dünne Kanäle aus ionisiertem Gas, die schrittweise in Richtung Erdboden wachsen. Erreicht einer der Kanäle den Boden oder ein herausragendes Objekt, so schließt sich der Kontakt und der Hauptblitz schlägt von der Erde in die Wolke ein. Durch denselben Kanal kann anschließend erneut ein Leitblitz von der Wolke zur Erde gehen, der dabei mit großer Geschwindigkeit vorankommt. Daraufhin schlägt wieder ein Hauptblitz durch. Dieses Spiel kann sich noch einige Male wiederholen.

Joseph Dwyer vom Florida Institute of Technology und seine Kollegen haben jetzt die hochenergetische Strahlung untersucht, die bei den heftigen Entladungen während eines Blitzes entsteht. Schon zu Beginn des letzten Jahrhunderts hatte man vermutet, dass die starken elektrischen Felder in einem Blitz Elektronen auf relativistische Energien beschleunigen können. Ausbrüche von Röntgenstrahlen bei Gewittern bestätigten dies. Doch bisher war es nicht gelungen, die bei einem Blitz entstehende Röntgenstrahlung präzise zu messen. Zu selten schlug ein Blitz in unmittelbarer Nähe der aufgebauten Strahlungsdetektoren ein.

Die Forscher aus Florida haben deshalb den Blitzen auf die Sprünge geholfen. Sie schossen während verschiedener Gewitter einzelne Raketen von einer mobilen Abschussrampe in den Himmel. Jede der Raketen war mit einem Kupferdraht von einigen Hundert Metern Länge mit dem Erdboden verbunden. In der Nähe der Abschussrampe hatten die Forscher einen Photodetektor in einem dicht schließenden Aluminiumbehälter aufgestellt. Mit dem Detektor ließ sich hochenergetische Strahlung nachweisen, wobei es sich um Elektronen, Röntgen- oder Gammastrahlung handeln konnte.

Insgesamt siebenmal schlug es in die Raketen ein. Dabei kam es zu 37 Vor- und ebenso vielen Hauptblitzen zwischen Startrampe und Gewitterwolke. In 31 Fällen registrierte der Detektor einen intensiven Strahlungspuls von weniger als 100 Mikrosekunden Dauer. Genaue Zeitmessungen ergaben, dass die Strahlungspulse auftraten während der Leitblitz noch unterwegs war und der Hauptblitz noch nicht begonnen hatte. Der Verlauf der Strahlungspulse deutet darauf hin, dass Teilchen mit einer Energie von mehreren MeV in den Detektor eingeschlagen waren. Offenbar können die Blitze die Elektronen tatsächlich auf überraschend hohe Energien beschleunigen und zur Strahlung anregen. 

Weitere Infos

J. R. Dwyer, Eergetic Radiation Produced During Rocket-Triggered Lightning, Science 299, 694 (2003).
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/299/5607/694

Kontakt
Joseph R. Dwyer, E-Mail: dwyer@pss.fit.edu

University of Florida, Lightning Lab:
http://www.lightning.ece.ufl.edu/

Lightning Links von V. A. Rakov
http://plaza.ufl.edu/rakov/resources.htm

DLR Blitzseiten
http://www.op.dlr.de/%7Epa2w/blitz1.html

Blitzbilder von Johnny Autery
http://www.highvoltagephotography.com/index.html

pro-physik.de v. 31.1.2003

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