Radioteleskop zeigt, wie Blitze entstehen

Nach wie vor ist es nicht eindeutig, wodurch Blitze ausgelöst werden und wie sie sich entwickeln. Während das Innenleben von Wolken schwer zu beobachten ist, weil sie blickdicht sind, wurde nun mithilfe eines Radioteleskops aus den Niederlanden und eines Algorithmus erstmals die detaillierte Entstehung eines Blitzes sichtbar gemacht. 

Die Daten stammen aus dem Jahr 2018, welche aber erst kürzlich verarbeitet wurden. Sie machen sichtbar, wie sich ein Blitz aus einer Gewitterwolke heraus entwickelt.

Energiereichste Prozess der Erde

„Es ist ein wenig peinlich“, sagt Brian Hare, Blitzeforscher an der University of Groningen und Co-Author der Studie. Ihm zufolge sei es der energetischste Prozess auf unserem Planeten und doch haben wir keine Ahnung, wie er funktioniere.

In Schulbüchern heißt es grundsätzlich, dass innerhalb einer Gewitterwolke Hagel herabfällt und leichtere Eiskristalle hinaufwandern. Der Hagel reibt die negativ geladenen Elektronen von den Eiskristallen ab, sodass der obere Bereich der Wolke positiv geladen ist und der untere negativ. Dadurch entsteht ein elektrisches Feld. Die Höhe der elektrischen Feldstärke steigt, sodass ein Blitz aus der Wolke „herausgeschleudert“ wird.

Allerdings ist das elektrische Feld in Wolken Messungen zufolge etwa 10 Mal zu schwach, um Blitze auszulösen, wie  das Quanta Magazine schreibt . 

Kollisionen von Eiskristallen

Die Groningen-Forscher*innen haben die Blitzentstehung mithilfe des Low Frequency Array (LOFAR), einem Netzwerk aus Tausenden kleinen Radioteleskopen, beobachtet. Damit werden normalerweise ferne Galaxien untersucht. Beim Verarbeiten der gewonnen Daten haben sie ermittelt, dass die Radiopulse aus einer Wolken-Region mit einem Durchmesser von 70 Metern ausgestrahlt werden. 

Die Wissenschaftler*innen gehen davon aus, dass die Entstehung eines Blitzes mit einem Cluster von Eiskristallen inmitten einer Wolke beginnt. Durch Kollisionen von Kristallen in Nadelform werden Elektronen abgerieben, sodass ein Ende eines jeden Kristalls positiv geladen bleibt und das andere negativ.

Das positiv geladene Ende zieht Elektronen aus den umgebenen Molekülen in der Luft an - es entstehen in weiterer Folge Bänder aus ionisierter Luft, die als „Streamer“ bezeichnet werden. Jedes Kristallende kann mehrere Streamer erzeugen und diese können sich wiederum weiter fingerartig verzweigen. Die Streamer wärmen die Umgebungsluft und entreißen den Luftmolekülen die Elektronen. Schließlich wird ein Streamer so heiß und leitfähig, dass er sich in einen sogenannten Blitzführer verwandelt – ein Pfad für vollwertige Blitze.

Fragen bleiben offen

Wie die Eispartikel die Luft direkt ionisieren, woher das erste Elektron kommt und wie genau Streamer zu Blitzführern werden, bleibt jedoch weiterhin ungeklärt. Die Forscher*innen hoffen dies mit weiteren Beobachtungen ermitteln zu können.

Die Studie soll demnächst im Journal Geophysical Research Letters veröffentlicht werden.