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Die Antwort kommt aus dem Weltall: So komplex ist die Entstehung eines Blitzes

Wie entstehen Blitze? Wir haben die Antwort für dich.
Wie entstehen Blitze? Wir haben die Antwort für dich.
Foto: imago images/localpic
Wenn du einen Blitz am Himmel siehst, haben sich einige energiereiche Ereignisse auf einmal ereignet. Wir liefern dir die Antwort auf die Frage: Wie entstehen Blitze?

Breitet sich ein Gewitter über uns aus, ist es für uns schon gar nicht mehr ungewöhnliche Blitze am Himmel zu sehen. Doch tatsächlich steckt hinter diesem Phänomen ein gewaltiges Ereignis. Wusstest du, dass Blitze stark genug sind, um Antimaterie zu produzieren und Atome umzuwandeln? Sie hinterlassen dann sogar eine radioaktive Wolke. Wir erklären dir daher einmal: Wie entstehen Blitze?

Wie entstehen Blitze? Ein Thema mit faszinierenden Antworten

Forscher haben ein Instrument an der Internationalen Raumstation ISS angebracht, um mehr über das Phänomen und die Frage "Wie entstehen Blitze?" herauszufinden. Interessant dabei sind vor allem die physikalischen Prozesse, die bei einem Blitzschlag ausgelöst werden. Dabei wurde beobachtet, wie durch einen elektromagnetischen Impuls Energie vom Ort eines Blitzes in die Ionosphäre ausgestrahlt wird.

Die Beobachtungen hat das Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) der ESA durchgeführt. Die Hardware ist mit folgenden Instrumenten ausgestattet:

  • zwei Röntgendetektoren
  • zwei Gamma-Detektoren
  • drei UV-Detektoren
  • zwei Lichtmesser mit optischer Wellenlänge
  • zwei Hochgeschwindigkeitskameras

Die Eigenschaften des ASIM sind nötig, um zu verstehen, wie Blitze entstehen. Denn wenn sich ein Blitz ausbreitet, passieren viele Dinge auf einmal.

Wie entsteht ein Blitz?

Um einen Blitz herum befinden sich einige lose Elektronen. Durch ihre starken elektrischen Felder beschleunigen sie schnell zu relativistischen Geschwindigkeiten. Sie verlieren Energie, wenn die Elektronen sich langsamer oder auf gekrümmten Pfaden bewegen. Diese wird in Form von Bremsstrahlung abgegeben. Diese Energie ist so groß, dass ein Teil davon in die energiereichste Photonenkategorie emittiert, die Gammastrahlen.

Treffen die Gammastrahlen auf den Atomkern, wandeln sie einige der subatomaren Teilchen des profanen Atoms um. Sie wandeln damit das Atom in ein radioaktives Isotop um. Konzentrieren sich die Photonen ausreichend, bilden sich auch Teilchen- und Antiteilchen-Paare. Das ist auch der Grund, warum nach einem Blitzeinschlag Antimaterie nachgewiesen werden konnte.

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Unberechenbare Lichtblitze am Entstehungsort

Dies allein geschieht während sich der Blitz ausbreitet. Doch währenddessen gibt es auch noch Lichtblitze, die nicht mit dem Blitz an sich verbunden sind. Sie werden Sprites oder auch als "Kobold" bezeichnet. Über dieses Phänomen ist noch kaum etwas bekannt. Außerdem sind sie unberechenbar. Forscher wissen seither nur, dass diese Lichtblitze über den Wolken auftreten und zwar an der Stelle, an der Blitze entstehen. Mit ASIM wurden nun die verschiedenen Faktoren beobachtet, die zu dem Ereignis eines Blitzes führen. Gewisse Wellenlängen und das Timing spielen dabei eine Rolle.

Entstehung eines Blitzes aus dem Weltraum beobachtet

In der Fachzeitschrift Science wurde ein Artikel veröffentlicht, der beschreibt, wie Blitze entstehen. Es wurden Blitze an der Küste von Sulawesi in Indonesien mit ASIM beobachtet. Dies spielte sich wie folgt ab:

  1. Zunächst konnten optische Aktivitäten wahrgenommen werden. Sie kündigten die Bildung des Blitzes an.
  2. 200 Mikrosekunden später konnten die Detektoren Gammastrahlen wahrnehmen.
  3. Diese hatten die Form von kurzen Blitzen, die etwa 40 Mikrosekunden anhielten.
  4. Sie waren von einem Schweif der Emission von 200 Mikrosekunden kombiniert.

Mehrere Prozesse passierten gleichzeitig

Zur selben Zeit, als die Gammastrahlen ausgestoßen wurden, trat auch das UV-Licht auf. Zunächst wurde es durch ionisierten Sauerstoff erzeugt. Dabei bewegte sich der Blitz durch die Atmosphäre. Die UV-Strahlung verschob sich zu einem Lichtblitz, der "Elfe" genannt wird. Dabei handelt es sich um einen elektromagnetischen Impuls, der vom Blitz erzeugt wird. Diese Elfe wanderte in die Ionosphäre, die 100 Kilometer über der Erde beginnt. Sie erstreckt sich bis zur Umlaufbahn der ISS. Der Puls benötigt etwas Zeit, daher gibt es eine Verzögerung zwischen dem Blitz und der Elfe. Im Fall in Indonesien war es eine Verzögerung von 10 Millisekunden.

Der Puls breitet sich ballonförmig aus und erstreckt sich über verschiedene Bereiche der Ionosphäre. Die UV-Emission kann sich daher über einen Radius von bis zu 800 Kilometern erstrecken. Das Erstaunliche dabei: Alles passiert in weniger als 300 Millisekunden. Die Forscher gehen davon aus, dass eine Elfe eine große Ladung benötigen, die in den Blitz abfließt.

Nun weißt du die Antwort auf die Frage "Wie entstehen Blitze?". Es steckt ein faszinierender Prozess dahinter, der selbst aus dem Weltraum aus beobachtet werden kann. Es gibt auch das Wetterphänomen der Superblitze. Hast du davon schon gehört? Forscher haben kürzlich das Weltraum-Geheimnis gelöst: So wird Gammastrahlung freigesetzt.

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