Beobachtung aus dem All In Gewittern zucken geheimnisvolle Strahlungsblitze

Mit einem neuen Instrument auf der Internationalen Raumstation haben europäische Forscher gleich mehrere spektakuläre Erkenntnisse über Funkenentladungen am Himmel gesammelt.
Aus San Francisco berichtet Christoph Seidler
Gewitter in Brandenburg: 30 bis 40 Megaelektronenvolt

Gewitter in Brandenburg: 30 bis 40 Megaelektronenvolt

Foto: Patrick Pleul / DPA

Eigentlich sollte das "Compton"-Teleskop in den Tiefen des Alls nach geheimnisvollen Gammastrahlen-Pulsen suchen. Bei diesen Ereignissen, die oft weit jenseits unserer Milchstraße stattfinden, werden binnen von Sekunden unvorstellbare Energiemengen frei - mehr als unsere Sonne in Milliarden von Jahren produziert. Doch das Nasa-Observatorium wurde im Jahr 1994 auch ganz in der Nähe fündig: Bei Gewittern in der Erdatmosphäre, so konnten seine Instrumente damals nachweisen, entstehen kurze Strahlungsblitze mit Energien von 30 bis 40 Megaelektronenvolt.

Terrestrische Gammablitze gehören damit zu den energiereichsten Naturphänomenen der Erde. Doch die genauen Abläufe waren bisher nicht mit Sicherheit geklärt. Unter anderem galt als unklar, ob zuerst das sichtbare Licht des Blitzes auftritt oder aber die Gammastrahlung. Auf dem Jahrestreffen der American Geophysical Union (AGU) in San Francisco haben Forscher nun neue Erkenntnisse vorgestellt. Sie basieren auf Messungen eines Instruments der Europäischen Raumfahrtorganisation (Esa), das an der Außenseite der Internationalen Raumstation befestigt ist.

Das Gerät namens Atmosphere-Space Interactions Monitor, kurz Asim, untersucht seit dem Sommer vergangenen Jahres die Gewitter weltweit. "Das Besondere dabei ist, dass wir erstmals nach sichtbarem Licht und nach Gammastrahlung zugleich suchen können. Das eröffnet uns komplett neue Möglichkeiten", sagt Nikolai Østgaard von der Universität im norwegischen Bergen. Er leitet das Asim-Wissenschaftsteam. In einem Artikel  im Fachmagazin "Journal of Geophysical Research: Atmospheres" berichtet er nun zusammen mit Kollegen über die Messungen der ersten zehn Monate.

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In dieser Zeit analysierte das Gerät immerhin 217 Terrestrische Gammablitze. Einige von ihnen ließen sich auch mit dem Weltraumteleskop "Fermi" nachweisen. Die Ereignisse dauerten jeweils etwa ein Zehntausendstel einer Sekunde und spielten sich in 10 bis 15 Kilometern Höhe ab. Die Strahlung entsteht nach den Erkenntnissen der Forscher bei Blitzen, die von unten nach oben innerhalb einer Wolke verlaufen.

Im Video: Das passiert, wenn man - gut geschützt - vom Blitz getroffen wird

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Wenn Østgaard im Gespräch beschreibt, wie sich der Blitz in der Wolke fortbewegt, ballt er zwei Fäuste und hält sie mit etwas Abstand übereinander: Man müsse sich das vorstellen wie die Pole eine Batterie, unten liege der Minuspol, oben der Pluspol. Wird der Spannungsunterschied zu stark, bildet sich in der Luft ein leitender Kanal aus. Wenn dieser Kanal nun den anderen Pol erreicht, kann Strom fließen. Ein Blitz, wie wir ihn kennen, entsteht.

Was er und seine Kollegen nun dank Asim wissen: Wenn ein Gammapuls entsteht, geht dieser dem sichtbaren Blitz unmittelbar voraus. Er entsteht, wenn die Elektronen auf Luftmoleküle treffen und diese so stark anregen, dass sie Strahlung abgeben müssen, um sich wieder zu beruhigen.

Elfen tanzen über dem Gewitter

Die Frage der Reihenfolge ist damit erstmals geklärt: erst Gammapuls, dann sichtbarer Blitz. Und die Forscher können noch eine weitere Entdeckung vermelden: Sie hat mit sogenannten Elfen zu tun. Das sind extrem schwache Leuchterscheinungen aus sichtbarem und ultraviolettem Licht, die oberhalb von Gewittern etwa 90 bis 100 Kilometer hoch in der Erdatmosphäre auftreten können. Diese wurden bereits mit einer Kamera von der Internationalen Raumstation beobachtet .

Ein Team um Torsten Neubert von der Technischen Universität Dänemark in Kongens Lyngby berichtet  im Fachmagazin "Science" nun auf Basis von Asim-Daten, dass Terrestrische Gammablitze auch für das Erscheinen solcher Elfen sorgen können. Der elektromagnetische Puls mancher Blitze ist demnach dafür verantwortlich, dass Teilchen der Ionosphäre angeregt werden. Dabei entsteht das Leuchten, das sich anschließend ausbreitet wie Wellen auf der Oberfläche eines Sees, in den man einen Stein geworfen hat.