Atmosphärenforschung Forscher erklären mysteriöse Himmelechos

Seit 54 Jahren rätseln Forscher über einen unsichtbaren Spiegel: Hoch am Himmel reflektiert er Radarwellen. Jetzt gibt es eine Erklärung für das Mysterium.

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Täglich zur Dämmerung geschieht es. Radarwellen, die Wissenschaftler gen Himmel schicken, kommen zurück zur Erde. 150 Kilometer über der Erde werden sie reflektiert wie an einem unsichtbaren Spiegel.

Während des Tages verstärken sich die Echos, und sie kommen immer schneller zurück. Denn zur Mittagszeit sinkt der mysteriöse Horizont, der die Radarwellen reflektiert, auf 25 Kilometer. Abends steigt der Spiegel der Echos wieder auf 150 Kilometer Höhe. In der Nacht verschwindet er.

1962 waren die Reflektionen entdeckt worden. "Seither haben wir versucht herauszufinden, was vor sich geht", sagt Jorge Chau vom Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik (IAP).

Doch weder Satelliten, Raketen, Laser, noch andere Instrumente wurden fündig. Sie entdeckten keine verdächtigen Substanzen in der Luft. So kamen unvermeidlicherweise Signale Außerirdischer als Ursache der Echos ins Gespräch.

Doch Wissenschaftler hatten schnell die Sonne in Verdacht - schließlich entscheidet offenbar ihr Stand über die Stärke der Echos. Und bei Sonnenfinsternis versiegen sie, bei Eruptionen von Sonnenteilchen erstarken die Reflektionen.

Undurchdringliche Partikelwelle

Jetzt meinen Forscher der Boston University, das Rätsel gelöst zu haben. Am Computer simulierten sie, wie Sonnenstrahlung auf Partikel in der Atmosphäre wirkt.

Es fängt damit an, dass die Ultraviolettstrahlung der Sonne Moleküle auseinanderreißt: Teilchen aus Sauerstoff (O2) und Stickstoff (N2) verlieren negativ aufgeladenen Elektronen, also jene Kleinstpartikel, die wie Planeten die Kerne der Sauerstoff- und Stickstoffatome umkreisen.

Damit starte eine Kettenreaktion, berichten Meers Oppenheim und Yakov Dimant von der Boston University im Fachmagazin "Geophysical Reasearch Letters": Die negativ geladenen Elektronen schießen mit extremer Geschwindigkeit los.

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Sie versetzen langsamere Elektronen in Schwingung - ähnlich wie Geigenbögen, die über Geigensaiten streichen.

Dann passiert das Entscheidende: Das elektrische Feld der negativ geladenen Elektronen bringt die nun positiv geladenen Sauerstoff- und Stickstoffteilchen in Schwingung. Der Effekt sei vergleichbar mit einem Kind auf einer Schaukel, dass immer wieder angeschupst werde, sagt Oppenheim.

Eine Welle schwingender Teilchen entstehe, an der ein Teil der Radarwellen regelrecht abpralle: Die positiv geladenen Teilchen würden bei ihren Schwingungen örtlich zusammengedrängt, erläutert Oppenheim. Diese Regionen höherer Dichte seien für manche Radarwellen undurchdringlich.

"Das ist es"

Die Partikelwelle entsteht nur in bestimmtem Winkel zur Sonne: Morgens, wenn die Sonne flach über dem Horizont steht, brechen ihre Strahlen die Moleküle in größerer Höhe als mittags, wenn die Sonne ihren höchsten Stand erreicht.

"Die Erklärung scheint mir viel versprechend", sagt Jorge Chau vom IAP, der das Phänomen seit langem erforscht. Die Studienautoren hätten wesentliche Merkmale des beobachteten Effektes am Computer nachbilden können.

Der atmosphärische Strahlenspiegel könne sich als nützlich erweisen für die Wissenschaft, meint Oppenheim. Weil er mit Radar gut zu verfolgen sei, könne er Schwingungen der Luft verraten, sogenannte atmosphärische Gezeiten, die Einfluss auf das Wetter zu haben scheinen.

Das Rätsel der Echos gelöst zu haben, macht die Forscher froh: "Wenn man etwas durchdacht hat, was niemand zuvor durchdacht hat", sagt Oppenheim, "dann ist es das, warum es sich zu forschen lohnt."

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