Dem Rätsel der dunklen Blitze auf der Spur

Es blitzt und donnert – typische Begleiterscheinungen eines Gewitters. Doch neben den weithin leuchtenden normalen Blitzen gibt es auch sogenannte dunkle Blitze – sie sind unsichtbar, aber extrem energiereich. Jetzt haben Forscher erste Hinweise darauf entdeckt, wann und wie oft diese rätselhaften Gammablitze entstehen. Ihren Daten nach könnten die dunklen Blitze sogar weitaus häufiger sein als bisher gedacht, wie sie im Fachmagazin „Geophysical Research Letters“ berichten.

Dunkle Blitze bestehen aus einem Puls von energiereicher, aber unsichtbarer Gammastrahlung. Sie entstehen, wenn stark beschleunigt Elektronen mit Luftteilchen kollidieren. Obwohl diese terrestrischen Gammablitze die stärkste, energiereichste Strahlung darstellen, die natürlicherweise auf der Erde vorkommt, wurden sie erst im Jahr 1991 entdeckt. Inzwischen ist bekannt, dass auch die dunklen Blitze vorwiegend während eines Gewitters erzeugt werden. Unklar ist aber bisher, ob diese Gammablitze immer von einem sichtbaren, normalen Blitz begleitet werden und unter welchen Bedingungen sie genau entstehen.

Doppelter Blitz über Venezuela

Im Jahr 2006 registrierten zwei Satelliten – einer mit optischen, der andere mit Gammastrahlensensoren – unabhängig voneinander die Blitze während eines staken Gewitters in Venezuela. Der erste fing dabei einen im sichtbaren Licht besonders starken Blitz ein. Erst vor kurzem fanden Nikolai Østgaard von der Universität von Bergen in Norwegen und seine Kollegen aber heraus, dass zur gleichen Zeit der zweite Satellit auch einen schwachen Gammablitz eingefangen hatte. Genauere Analysen der Daten zeigten, dass die Gammablitze zusammen mit einem Puls von Radiowellen meist unmittelbar vor einem normalen Blitz erzeugt wurden.

„Diese Beobachtung war ein echter Glücksfall“, erklärt Østgaard. „Denn die beiden Satelliten flogen gerade in geringem Abstand über das Gewitter hinweg, als dieser Gammablitz stattfand.“ Die begleitenden Radiowellen waren so stark, dass sie noch von einem Empfänger registriert wurden, der 3.000 Kilometer weit entfernt an der Duke University in North Carolina stand. Mit Hilfe dieser verschiedenen Daten gelang es den Forschern, den genauen Ablauf des nur 300 Millisekunden andauernden Ereignisses zu rekonstruieren – und so wertvolle Informationen über deren mögliche Ursache zu gewinnen.

Gammapuls als Vorbote des sichtbaren Blitzes

Die Forscher schließen aus ihren Beobachtungen, dass der dunkle Blitz durch das starke elektrische Feld ausgelöst wird, das sich unmittelbar vor einem normalen Lichtblitz entwickelt. Dieses Feld erzeugte eine Kaskade von bis fast aufn Lichtgeschwindigkeit beschleunigten Elektronen. Als diese dann mit Luftteilchen kollidierten, erzeugte dies sowohl den Gammablitz, als auch energieärmere Elektronen, die dann erst den Radiopuls und dann den Lichtblitz verursachten. Das aber würde bedeuten, dass die dunklen Blitze keine Ausnahme-Erscheinung sind, sondern integraler Bestandteil des ganz normalen Blitzens.

„Die dunklen Blitze sind möglicherweise eine ganz normale Begleiterscheinung der normalen Blitze, aber wir haben sie einfach nicht bemerkt“, sagt Østgaard. „Aber sie sind direkt über unseren Köpfen – was das Ganze sehr faszinierend macht.“ Tatsächlich fanden die Forscher mit Hilfe eines von ihnen entwickelten Suchalgorithmus bereits mehr als doppelt so viele terrestrische Gammablitze als bisher bekannt waren.

Um mehr über die dunklen Blitze zu erfahren, startet die Europäische Weltraumagentur ESA noch innerhalb der nächsten drei Jahre den Satelliten Atmospheric Space Interactions Monitor. Dieser soll sowohl sichtbare als auch unsichtbare Blitze gezielt überwachen. (Geophysical Research Letters, 2013; doi: 10.1002/grl.50466)

(American Geophysical Union, 25.04.2013 – NPO)