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22. Juni 2016, 14:36 Uhr

Himmelsmysterium

Die Entdeckung der unsichtbaren Riesenwellen

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Riesige Wellen wogen durch die Luft, sie bleiben normalerweise unsichtbar. Nun aber sind Forschern spektakuläre Aufnahmen des spukhaften Phänomens gelungen - an der Grenze zum Weltall.

Flugzeugpassagiere kennen das unangenehme Erlebnis: Die Luft gerät in Schwingung, Flugzeuge holpern durch Turbulenzen. Ursache können Schwerewellen sein, von der Schwerkraft ausgelöste Luftwogen.

Luft kommt ins Schwingen, wenn sie beispielsweise über ein Gebirge strömt: Berge stauen den Luftstrom, der sich über hohe Gipfel zwingen muss. Auf der anderen Seite des Berges plumpst die Luft regelrecht nach unten - eine Luftwelle entsteht.

Ihre Schwingungen lassen Luft absinken und aufsteigen - sie verändern das Wetter. In Wolken hinterlassen die Wogen eindeutige Spuren: Ihre Wellenkämme durchfurchen die weißen Himmelsschwaden.

Und manche dieser Wellen reichen fast bis ins Weltall. In den vergangenen Monaten sind Forschern spektakuläre Aufnahmen des spukhaften Phänomens gelungen. In Nordschweden konnten sie nach eigenen Angaben erstmals Schwerewellen in 85 Kilometer Höhe fotografieren.

Welle im Eisschleier

Um die Wellen zu entdecken, nutzten die Wissenschaftler einen Trick: Chemische Reaktionen lassen Eiskristalle nahe der Grenze zum Weltall leuchten. Gerät solch ein fliegender Funkelteppich in Schwingung, ist der Fall klar: Eine Schwerewelle durchwogt den Eisschleier.

Von einem Forschungsflugzeug aus haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des Karlsruher Instituts für Technologie und des Forschungszentrums Jülich das Schwingen der Höhenluft nun filmen können.

Auch in geringerer Höhe konnten sie die unsichtbaren Wogen entlarven: Luftpartikel reflektieren Laserstrahlen, die Forscher gen Himmel schicken, sodass Schwingungen erkennbar werden.

"Unverhoffter Glücksfall"

Sie hätten Schwerewellen in der Luft von der Geburt bis zum Ende verfolgen können, berichten die Wissenschaftler. "Durch die Kombination der Messinstrumente ist es uns gelungen, die Schwerewellen von ihrem Anregungsniveau in der unteren Atmosphäre bis zum Ort ihres Brechens in der oberen Atmosphäre zu verfolgen", sagt DLR-Forscher Markus Rapp.

Von oben mit Satelliten gelang über den USA nun eine ähnliche Entdeckung. Manche Eiswolken lassen sich mit Infrarotstrahlung erkennen: Mit den Nasa-Satelliten "Suomi-NPP" und "Aqua" konnten die Jülicher Forscher zusammen mit Kollegen so die geisterhaften Luftschwingungen über Texas sichtbar machen.

"Die Entdeckung der Schwerewellen war ein unverhoffter Glücksfall", sagt Lars Hoffmann vom Forschungszentrum Jülich. Aufquellende Gewitterwolken seien der Auslöser über Texas gewesen: Die Wolkentürme hätten die Luft über ihnen gestaucht und damit in Wallung versetzt - von den Wolken aus breiteten sich Schwerewellen kreisförmig aus.

Die Schwerewellen treten häufiger auf als angenommen, bilanzieren die Gelehrten: Sie entstehen über Gewittern, über Tropenstürmen und über Vulkanausbrüchen, deren Ascheexplosionen die Luft auseinanderstieben lassen.

Ein Satellitenbild vom Roten Meer verriet atmosphärische Schwerewellen erst auf den zweiten Blick. Die Rillen am rechten Rand des Meeres scheinen Ozeanwellen zu sein.

Doch der zweite Blick beweist: Die Wellen werden an der Küste nicht gebrochen - sie müssen sich also in der Luft befinden. Es handele sich um Schwerewellen, berichtet die Europäische Weltraumagentur Esa.

Und auch im Ozean schwingen gigantische Schwerewellen, wie Messungen zeigen: In der Straße von Luzon, einer Meeresenge zwischen Taiwan und den Philippinen, hat ein Forscherteam der University of California in San Diego jüngst 200 Meter hohe Wogen entdeckt - Hunderte Meter unter der Wasseroberfläche.

Schwerewellen in der Tiefsee

Angeschoben werden die Wellen von Gezeitenkräften: Die Gezeitenflut zwingt sich zweimal täglich durch die Meerenge von Luzon im Südchinesischen Meer.

Unterseeklippen stauen die Strömung - bis sie über die Hindernisse schießt. Dabei schwappt schweres kaltes Tiefenwasser nach oben, bis es an Schwung verliert und wieder absackt - eine Welle entsteht.

Einmal in Fahrt, wogen die Wellen Tausende Kilometer weit. In allen Meeren sorgen felsige Hindernisse dafür, dass Tiefenströmungen in Schwingung geraten. U-Boote werden immer mal durchgeschüttelt.

Die Wellen wirken bis an die Oberfläche, wo sie den Meeresspiegel ändern können - langfristige Pegelprognosen könnten um rund 30 Zentimeter verfälscht werden, würden Schwerewellen nicht berücksichtigt, berichten Wissenschaftler.

Die Untermeerwellen sorgen dafür, dass sich die Meere mischen. Nährstoffe aus der Tiefe gelangen nach oben - Organismen profitierten. Und die Schwerwellen verfrachten gewaltige Mengen Sand, sie erzeugen regelrechte Sandstürme in der Tiefsee.

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