Österreichische Forscherin ist dem Geheimnis von Blitzen auf der Spur

Wodurch werden Blitze ausgelöst? "Durch elektrische Ladungen in Wolken", werden die meisten sagen. Das mag stimmen, erklärt aber nicht, wo und wie genau ein Blitz entsteht. Diesem Geheimnis ist die Forscherin Andrea Stöllner am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) auf der Spur.

Eine Theorie zur Blitzentstehung lautet, dass Eiskristalle in den Wolken aufeinanderprallen und Ladungen austauschen. Der erste kleine Funke eines Blitzes könnte dabei direkt an den geladenen Eiskristallen selbst entstehen. Eine andere Theorie besagt, dass kosmische Strahlen einen Blitz auslösen. Laut Stöllner sei man sich unter Experten aber einig, dass die elektrischen Felder in den Wolken nicht ausreichen würden, um einen Blitz entstehen zu lassen.

Eiskristall-Theorie im Labor überprüfen

Die Theorien zur Blitzentstehung zu untersuchen, ist schwierig. Es handelt sich nämlich um mikroskopische Vorgänge, die sich in riesigen Wolken abspielen. Entweder man beobachtet diese Vorgänge ganz genau im Freien - eine schier unmögliche Aufgabe - oder bringt die Wolke in Miniaturform ins Labor. Stöllner hat sich für den zweiteren Ansatz entschieden.

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"Unser neues Setup gibt uns die Möglichkeit, die Eiskristall-Theorie zu untersuchen, indem wir die Ladungsdynamik eines Teilchens im Laufe der Zeit genau beobachten", erklärt Stöllner in einer Aussendung. Als Teilchen verwendet die Forscherin Mikrometer große Siliziumdioxid-Partikel, die sie mithilfe von 2 Laserstrahlen wie mit einer Pinzette einfängt und elektrisch auflädt. So lässt sich ein einzelnes Teilchen untersuchen.

Bis man es so weit brachte, dauerte es aber einige Zeit. Zum ersten Mal gelang es Stöllner vor 2 Jahren, ein Teilchen einzufangen. "Damals hielt es genau 3 Minuten lang, dann war das Teilchen wieder verschwunden. Jetzt können wir es wochenlang in dieser Position halten", sagt die Forscherin.

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Normalerweise sind die Partikel neutral geladen. Um die Siliziumdioxid-Moleküle aufzuladen, nutzen die Forscher den sogenannten "2-Photonen-Prozess". Dabei nimmt das Molekül 2 Photonen (Lichtteilchen) auf und gibt gleichzeitig ein negativ geladenes Elektron ab. Das Molekül wird also insgesamt positiv geladen. Die Photonen werden ebenfalls per Laser hinzugefügt.

Spontane Entladungen

"Wir können nun die Entwicklung eines einzelnen Aerosolpartikels von der neutralen bis zur hochgeladenen Ladung genau beobachten und auch die Laserleistung anpassen, um die Ladegeschwindigkeit zu steuern", sagt Stöllner. Durch den Versuchsaufbau konnte bislang gezeigt werden, dass das Partikel spontan Ladungen abgibt, wenn es geladen ist. In den Wolken könnte bei Blitzentladungen ähnliches passieren.