Geladene Gestalten Das Geheimnis der Lichtgespenster

Riesige Lichtgestalten, viele Kilometer groß, erleuchten bei Gewittern den Himmel über den Wolken. Lange Zeit wurden die bizarren Erscheinungen für Märchen gehalten. Wissenschaftler aber kommen der Lösung des Rätsels um die "Kobolde" und "Elfen" jetzt immer näher.

Von Jana Schlütter


Roter Kobold über Taiwan: Irrlicht geht auf positive Blitze zurück
ISUAL Project / NCKU / NSPO

Roter Kobold über Taiwan: Irrlicht geht auf positive Blitze zurück

Die Piloten behielten ihre Beobachtungen lieber für sich. Ihre Kollegen, fürchteten sie, könnten sie für verrückt halten. Gewaltige Lichterscheinungen spukten da in großer Höhe am Himmel: Feurige Säulen, mehr als 50 Kilometer hoch, rasten steil in Richtung Weltraum, ringförmige Blitze von noch monumentaleren Ausmaßen tauchten die Nacht in gleißendes Licht, gespenstische Gestalten flackerten auf.

Was Flugzeugführer in den fünfziger und sechziger Jahren erstmals hoch über den Wolken gesehen hatten, wird noch heute mit dem Vokabular des Märchenhaften beschrieben: "Elfen" tanzen in 100 Kilometern Höhe - ringförmige, rote Erscheinungen, die durch elektromagnetische Pulse starker Blitze die Gase der Ionosphäre erleuchten und sich über einen Umkreis von 100 Kilometern ausbreiten. "Kobolde" entstehen bei gewaltigen Gewittern in etwa 70 Kilometern Höhe und rasen in drei bis zehn Millisekunden gleichzeitig nach oben und unten. Ihre blauen Zwillingsbrüder, die "Blue Jets", springen fontänenartig aus Wolken empor.

Viel mehr ist bisher kaum bekannt über die bizarren Lichter. Seit Jahren versuchen Forscher, sie zu enträtseln. Erst neueste Erkenntnisse versprechen nun endlich eine Lösung: Mittlerweile scheint festzustehen, dass Blitze eine gewisse Stärke besitzen müssen, um Kobolde - sogenannte Sprites - auszulösen. Und: Die Kobolde sind zugleich Poltergeister, die Donnerschläge im Infraschallbereich in die Atmosphäre hämmern.

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Himmlische Irrlichter: Kobolde in der Atmosphäre

Vom Boden aus ist das Leuchten nur nachts zu sehen, oft versperren die Unwetter selbst oder das Licht der Städte den Blick. Wissenschaftler ignorierten daher Berichte von Augenzeugen lange Zeit. Zumal die Geschichten sich stark unterschieden: Während die einen meinten, einen riesigen roten Fleck gesehen zu haben, beschrieben andere ein lattenzaunartiges Gebilde. Wieder andere glaubten, das gespenstische Licht habe wie ein riesiger roter Tintenfisch ausgesehen.

Zufallsfund beim Kameratest

Sie alle hatten Recht: Kein Kobold gleicht dem anderen, wie schon die ersten Aufnahmen von 1989 zeigten. In einer klaren Nacht hatte damals in der Prärie von Minnesota ein Wissenschaftler eine Spezialkamera ausprobiert. Zufällig entdeckte Robert Franz dabei riesige, rote Irrlichter, die den Himmel über einem Sturm erleuchteten.

Auch die Nasa wurde auf das bizarre Phänomen aufmerksam: Bei der Durchsicht von Aufnahmen der Raumfähre "Atlantis", die im Herbst 1989 entstanden waren, entdeckte die US-Raumfahrtbehörde die gespenstischen Lichterscheinungen. Weil die Irrlichter die Forscher so lange an der Nase herum geführt hatten, tauften Experten der University of Alaska sie "Sprites", nach den Kobolden in Shakespeares Stück "The Tempest".

Wie die monumentalen Lichtblitze von mehr als 50 Kilometern Größe entstehen, stellte Wissenschaftler vor Rätsel. Als gesichert gilt mittlerweile, dass es einen Zusammenhang zwischen den Sprites und besonders heftigen, positiven Blitzen gibt. Diese gleichen den Ladungsunterschied zwischen dem positiv geladenen oberen Teil einer Gewitterwolke und dem negativ geladenen Erdboden aus. Sie setzen vermutlich Elektronen über den Wolken in Bewegung, die in der Mesosphäre auf Stickstoff stoßen und Gas zum Leuchten bringen.

Ob Blitze allein die Kobolde hervorlocken können, oder ob dabei zusätzlich Strahlung aus dem Weltraum eine Rolle spielt, ist jedoch umstritten. Forscher um Steven Cummer von der Duke University in Durham haben herausgefunden, wie stark die Blitze unter den Wolken sein müssen, damit über dem Sturm ein Kobold folgt. Als Maß könne das sogenannte Ladungsmoment gelten, berichtet das von der Nasa finanzierte Team im "Journal of Geophysical Research - Space Physics".

Nur einer von tausend Blitzen ist stark genug

"Wir wollten wissen, ob es einen Schwellenwert für die Entstehung der Kobolde gibt", sagte Cummer im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Wenn etwa kosmische Strahlen eine Rolle spielen würden, hätten wir auch über schwachen Blitzen die Kobolde beobachten müssen. Dann dürfte es keinen Schwellenwert geben."

Elfen, Kobolde und Blue Jets: Erscheinungen über Gewitterwolken
SPIEGEL ONLINE; Quelle: Sky-fire.tv

Elfen, Kobolde und Blue Jets: Erscheinungen über Gewitterwolken

Doch es gab ihn: Ein Blitz muss nach Cummers Berechnungen fünfmal stärker sein als mittlere Blitze, wie sie auch in Europa häufig vorkommen. Nur ein Tausendstel aller Blitze weltweit erreicht den Schwellenwert. Außerdem bestätigte Cummer den Zusammenhang zwischen positiven Blitzen und den Kobolden. "Das elektrische Feld negativer Blitze reicht meist nicht aus, um die Stickstoffmoleküle der Hochatmosphäre zum Leuchten bringen."

Im Zentrum des Rätselratens über die Sprites steht nicht weniger als die alte Frage, warum es überhaupt Blitze gibt. Cummer stützt sich auf die konventionelle Theorie: In einer Gewitterwolke kollidieren Regentropfen, Hagelkörner und Eispartikel und laden sich auf. Dabei werden die leichteren, positiv geladenen Eispartikel in die Höhe gehoben, die negativ geladenen, schweren Hagelkörner oder Regentropfen bleiben zurück. Es kommt zu einer Ladungstrennung innerhalb der Wolke.

Am Erdboden unterhalb der Wolke entsteht dadurch ein positiv geladener Teppich, der der Wolke folgt. Wenn die negative Ladung der Wolke über einen ionisierten Kanal zur Erde rast, blitzt es. Die viel selteneren positiven Blitze gleichen dagegen die Ladung zwischen dem positiv geladenen Oberteil einer Wolke und negativ geladenem Erdboden aus.

Geburtshilfe aus dem All?

Die Gegner der konventionellen Theorie wenden dagegen ein, dass es unter diesen Umständen gar keinen Blitzkanal geben dürfte. Das elektrische Feld in Gewitterwolken sei nicht stark genug, um die Luft zu ionisieren. So hält unter anderem eine russische Forschergruppe um Alex Gurevich vom Moskauer Lebedew-Institut kosmische Strahlung für die Ursache von Blitzen.

Wenn die Teilchen aus dem All in die Erdatmosphäre eintreten, so die Erklärung der Forscher, könnten sie Luftmoleküle treffen, sie ionisieren und in hochenergetische Teilchen umwandeln. Im elektrischen Feld eines Sturms könnten diese Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, in einer Kettenreaktion andere Luftmoleküle treffen und diese ebenfalls ionisieren. Nur so entstehe ein Blitz.

Kobold-Forscher Martin Füllekrug von der britischen University of Bath schlägt sich auf die Seite der Russen. "Es ist die beste Erklärung, die wir bislang haben", sagt der Wissenschaftler der britischen University of Bath. Vermutlich erleichtere die kosmische Strahlung auch die Entstehung der Kobolde. Denn es gebe Sprites, die mit Cummers These nicht zu erklären seien.

"Wir wissen sehr wenig über Irrlichter", betont Füllekrug. Weder der physikalische Mechanismus hinter den Kobolden sei hinreichend bekannt, noch deren geographische Verteilung. Auch welche Chemie sie in der Atmosphäre zusammenkochen, ist der Forschung kaum zugänglich - die Erscheinungen sind zu hoch und zu schnell für die Messgeräte der Wissenschaftler. "Selbst wenn wir dort oben messen könnten - die Messungen würden erst stattfinden, wenn die Luft längst wieder verdünnt ist", sagt Füllekrug.

Polterndes Geheimnis

Ein Geheimnis haben die Kobolde jedoch mittlerweile preisgegeben: Sie poltern. Wie ein französisch-dänisches Forscherteam um Thomas Farges vom französischen Kommissariat für Atomenergie in der Fachzeitschrift "Geophysical Research Letters" schrieb, können die Sprites einen charakteristischen Donner im Infraschallbereich erzeugen, der einige Sekunden dauert.

Daran seien sie am Erdboden besser zu erkennen als durch ihr kurzes Aufleuchten - zumindest für die Geräte der Wissenschaftler. Die Entdeckung ermöglicht nun auch eine Dokumentation der Kobolde bei Tageslicht.

Trotz dieser Erkenntnisse bleiben die Irrlichter rätselhaft. Zumindest gelten die Berichte der Piloten nicht mehr als Märchen. Im Gegenteil: Mancher Forscher beneidet die Flugzeugführer um ihren privilegierten Beobachtungsplatz. Denn während die Wissenschaftler am Boden mit den Schwarzweiß-Aufnahmen ihrer Nachtsicht-Kameras vorlieb nehmen müssen, sehen Piloten die Tänze von Kobolden und Elfen in ihrer ganzen Farbpracht.



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