Forscher erzeugen leuchtende Plasmawolken Kugelblitze im Labor - scinexx | Das Wissensmagazin
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Forscher erzeugen leuchtende Plasmawolken

Kugelblitze im Labor

Kugelblitz-ähnliche Plasmawolke © MPI für Plasmaphysik

Kugelblitze gelten als Leuchterscheinungen, die während eines Gewitters auftreten. Ob es sie jedoch tatsächlich gibt, ist nach wie vor umstritten. Wissenschaftler haben jetzt immerhin kugelblitz-ähnliche Plasmawolken im Labor erzeugt. Die Physiker produzieren über einer Wasseroberfläche leuchtende Plasmabälle, die knapp eine halben Sekunde lang „leben“ und einen Durchmesser von zehn bis 20 Zentimetern haben.

Nicht nur Berühmtheiten wie der griechische Philosoph Seneca, Plinius der Ältere, Karl der Große oder Heinrich II. von England, in neuerer Zeit die Physik-Nobelpreisträger Niels Bohr und Pjotr Kapitza, wollen Kugelblitze beobachtet haben. Auch weniger namhafte Personen berichten von unerwarteten Begegnungen mit Kugelblitzen. Im Internet gibt es mehr als eine Million Einträge zu diesem Thema.

Die rätselhaften Phänomene sollen nicht "blitzschnell", und damit nur für Mikrosekunden sichtbar sein, sondern mehrere Sekunden lang existieren. Doch das ist reine Spekulation, denn bis jetzt gibt es keine zuverlässigen Daten. Entsprechend schießen zweifelhafte Deutungsversuche wild ins Kraut – vom schwarzen Loch über Mini-Kernexplosionen bis zu esoterischen Erklärungen.

Leuchtende Plasma-Bälle

"Angesichts dieser unklaren Ausgangslage wurde vielerorts versucht, die Erscheinung gezielt im Labor hervorzurufen", erklärt Professor Gerd Fußmann, der Leiter der gemeinsamen Arbeitsgruppe Plasmaphysik des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) in Garching und der Berliner Humboldt-Universität (HUB). So gelang es bereits, mit Mikrowellen gespeiste Plasmoide – aus einem ionisierten Gas bestehende leuchtende Plasma-Bälle – zu erzeugen, die bei gutem Willen als Kugelblitze gelten konnten.

Ähnliches leisten auch elektrische Funken, die über organische Materialien geleitet werden. Vor etwa vier Jahren schließlich konnten Forscher in St. Petersburg mit elektrischen Entladungen über Wasseroberflächen kugelförmige Leuchtgebilde produzieren, die dem Naturphänomen deutlich näher kommen. Denn es gilt als wahrscheinlich, dass Gewitterblitze und Wasser bei der Geburt eines Kugelblitzes zusammenwirken müssen.

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“Hochspannung“ im Wasserbehälter

Angeregt durch die russischen Versuche laufen in der Arbeitsgruppe Plasmaphysik in Berlin Untersuchungen, bei denen Plasmoide über einer Wasseroberfläche erzeugt werden, die eine Lebensdauer von etwa 0,3 Sekunden und einen Durchmesser von zehn bis 20 Zentimeter haben. Dazu wird in einem Wasserbehälter eine kurze Hochspannungsentladung gezündet, nach deren Abklingen ein Plasmaball aus der Oberfläche emporsteigt.

Abgesehen von der Energieversorgung durch eine leistungsfähige Kondensatorbatterie ist der Versuchsaufbau ziemlich einfach: In ein mit Salzwasser gefülltes Becherglas ragen zwei Elektroden, wobei die eine durch ein Tonröhrchen vom umgebenden Wasser isoliert ist. Wird Hochspannung angelegt, so fließt für 0,15 Sekunden ein bis zu 60 Ampere starker Strom durch das Wasser. Durch einen Überschlag vom Wasser aus gelangt der Strom in das Tonröhrchen, wobei das dort enthaltene Wasser verdampft. Nach dem Stromimpuls zeigt sich ein leuchtendes Plasmoid aus ionisierten Wassermolekülen.

Kugelblitze in allen Formen und Farben

Mit dieser Anordnung können im Abstand von etwa fünf Minuten beeindruckende "Kugelblitze" in allen möglichen Erscheinungsformen und Farben erzeugt werden. "Warum allerdings die Leuchterscheinungen zustande kommen, ist noch alles andere als klar. Sie sind nämlich etwa 300 Millisekunden sichtbar, nachdem der Strom bereits abgeklungen und die Energiezufuhr also gekappt ist. Eigentlich sollten sie aber spätestens nach einigen Millisekunden erloschen sein.“, so Fußmann.

Und weiter: „Zudem leuchtet das Plasma recht hell, obwohl die Plasmoide ziemlich kalt zu sein scheinen: Ein darüber angebrachtes Blatt Papier wird zwar angehoben, aber verbrennt nicht."

Diese physikalischen Rätsel sollen nun in einem nächsten Schritt in mehreren Diplomarbeiten geklärt werden. Die Forscher müssen die Vorgänge dabei systematisch analysieren – zum Beispiel durch spektroskopische Methoden – und mit den vorhandenen Theorieansätzen vergleichen.

"Obwohl das Thema das Forschungsgebiet des IPP – die Untersuchung extrem heißer Plasmen, wie sie für ein Fusionskraftwerk gebraucht werden – nicht direkt trifft", erklärt Fußmann, "sind auch die 'Kugelblitze' ein attraktives plasmaphysikalisches Thema, bei dem Studenten an einer interessanten Naturerscheinung Kenntnisse zu anspruchsvoller Messtechnik und Theorie erwerben können".

(idw – Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, 11.05.2006 – DLO)

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