Was verursacht Blitze? Forscher finden das fehlende Glied

Neue Forschungen über die Ursachen von Blitzen könnten in Zukunft zu einem besseren Verständnis und einer Echtzeit-Vorhersage von Gewittern führen.

Blitze, die nachts aus einer Wolke kommen — Forscher glauben, dass Gammastrahlenblitze das fehlende Glied in der Entstehung von Blitzen sein könnten. Foto von Michael Smith.

Eine bahnbrechende neue Forschungsarbeit hat eine neue Art von Strahlung in Gewitterwolken entdeckt: flackernde Gammastrahlenblitze(FGFs), eine Art von ionisierender Strahlung, die von Blitzen erzeugt wird.

FGFs sind in Gewitterwolken möglicherweise häufiger, komplexer, vielfältiger und dynamischer als bisher angenommen, und die Ergebnisse könnten die Echtzeit-Vorhersage von Gewittern erleichtern.

Das fehlende Glied

Es ist bekannt, dass von Gewitterwolken zwei verschiedene intensive Strahlungsphänomene ausgehen: terrestrische Gammastrahlenblitze(TGFs; terrestrial gamma-ray flashes), bei denen es sich um hochintensive Ausbrüche handelt, und Gammastrahlen-Nachleuchten, die weniger intensiv, aber von längerer Dauer sind. Die Eigenschaften dieser Emissionen und wie sie entstehen, sind jedoch noch nicht vollständig geklärt.

Forscher haben ein drittes Phänomen entdeckt, das die Lücke zwischen diesen beiden schließt: die FGFs. Dabei handelt es sich um Gammastrahlenpulse, die nicht mit einem nachweisbaren optischen oder Radiosignal zusammenfallen, bestimmte charakteristische Merkmale aufweisen und möglicherweise eine Rolle bei der Auslösung der Strahlen spielen.

„Wir glauben, dass FGFs das fehlende Bindeglied zwischen TGFs und Gammastrahlenblitzen sein könnten, dessen Fehlen die Atmosphären-Elektrizitäts-Gemeinschaft seit zwei Jahrzehnten verwirrt“.

Professor Nikolai Østgaard, Universität von Bergen.

Fliegen in den Sturm

Die Entdeckung ist das Ergebnis von Beobachtungen während einer Flugkampagne namens ALOFT (Airborne Lightning Observatory for FEGS and TGFs), einer Zusammenarbeit zwischen der NASA und der Universität von Bergen.

Ein von der NASA ausgerüstetes ER-2-Flugzeug flog im Sommer 2023 im Luftraum über Gewitterwolken über dem Golf von Mexiko, Mittelamerika und der Karibik. Es trug Blitzdetektoren, Gammastrahlen-Szintillatoren und eine Mischung aus passiven und/oder aktiven Mikrowellensensoren. Insgesamt wurden 10 Flüge durchgeführt.

"Die genauen Faktoren, die die Blitzeinschläge auslösen, waren bisher ein Rätsel", sagt Dr. Martin Fullekrug, Dozent am Fachbereich für Elektronik und Elektrotechnik der Universität Bath, der an der Planung der Mission und der Auswertung der Ergebnisse beteiligt war.

künstlerisches Bild eines Flugzeugs, das über Gewitterwolken fliegt — Künstlerische Ansicht eines NASA-Flugzeugs, das während der Flugkampagne im Juli 2023 über gammastrahlenemittierende Wolken in der Karibik fliegt. Bildnachweis: Universität von Bergen/Mount Visual.

"Die Erforschung der Entstehung von Blitzen ist sehr schwierig", fährt er fort. "Ionisierende Strahlung, ein entscheidendes Element bei der Entstehung von Blitzen, wird in der Atmosphäre so schnell absorbiert, dass Beobachtungen vom Boden oder von Satelliten aus bisher die Fülle von ionisierenden Strahlungseffekten übersehen haben, die hier von einem Flugzeug aus beobachtet wurden, das direkt über die Spitzen der Gewitterwolken flog.

Laut Fullekrug ist diese Studie ein "großer Fortschritt bei der Anerkennung der Rolle der ionisierenden Strahlung in den frühen Stadien der Blitzentstehung". Er glaubt, dass es mit der Zeit und mit mehr Forschung sowie besseren und spezifischeren Instrumenten möglich sein wird, die Frühwarnungen für den Blitzschutz zu verbessern.

Quellenhinweis:

- Østgaard, N., Mezentsev, A., Marisaldi, M. et al. (2024) Flickering Gamma-Ray Flashes, the Missing Link between Gamma Glows and TGFs, Nature.

- Marisaldi, M., Østgaard, N., Mezentsev, A. et al. (2024) Highly dynamic gamma-ray emissions are common in tropical thunderclouds, Nature.

- ALOFT