Kugelblitze, so ein Unsinn … oder doch nicht?

Augenzeugenberichte über Kugelblitze findet man viele im Internet, wissenschaftlich dokumentierte Beobachtungen jedoch eher wenige, um nicht zu sagen, keine. Sind das nun also alles Hirngespinste, Fälschungen, optische Täuschungen oder ist da vielleicht doch ein Funken Wahrheit dran? Dieser Frage ging Professor Fussmann in den letzten Jahren auf den Grund.

Ihren schlechten Ruf haben die Kugelblitze dem Professor Georg Wilhelm Richmann zu verdanken. Dieser studierte Mitte des 18 Jhd. die Aufladung der Atmosphäre und war, durch die Experimente von Benjamin Franklin inspiriert, besonders an Blitzen interessiert. Anstatt jedoch hinaus aufs Feld zu gehen und Drachen steigen zu lassen, baute sich Richmann eine lange Eisenstange auf sein Hausdach, dessen Ende in seinem Labor befestigt war. Während eines Gewitters im Juli 1753 wurde er tragischerweise bei dem Versuch die Ladung eines Blitzes zu messen von eben diesem getötet. Der Diener des Professors setzte daraufhin die Legende vom Kugelblitz in die Welt, der angeblich geräuschlos von Ende des Blitzableiters zu Richmanns Gesicht schwebte und dort explodierte. Fortan galt der Kugelblitz nicht mehr nur als mysteriöse Erscheinung, sondern als besonders gefährliche obendrein.

Richmanns Tod nach einer Darstellung aus dem 19. Jhd.
Tod Richmanns in einer Darstellung aus dem 19. Jhd., Quelle: wikipedia

Nach Auswertung von über 5000 Beobachtungen beschreibt der russische Physiker Boris Smirnov (siehe Ref. [1]) Kugelblitze wie folgt: Leuchtende Kugeln von bis zu 1 m Durchmesser und einer Lebenszeit von mehreren Sekunden. Während dieser Zeit bewegen sich die Kugelblitze meist knapp über dem Boden schwebend dahin.

Es gibt aktuell zwei verschiedene Arten von Laborexperimenten, in denen Kugelblitz-ähnliche Erscheinungen erzeugt und untersucht werden. Beiden Experimenten ist die erfolgreiche Erzeugung von autonomen Objekten gemein, die nur mit einer gewissen Anfangsenergie generiert werden, dann aber ohne Energiezufuhr von außen über eine endliche Zeitdauer weiterhin existieren. Während der gesamten Lebensdauer des autonomen Objektes leuchtet dieses, wobei die dazu notwendige Energie in der Entstehungsphase gespeichert worden sein muss.

Bei der ersten Art von Experimenten wird mittels eines Lichtbogens Silizium verdampft. Entfernt man die beiden Elektroden des Lichtbogens voneinander, entsteht in einigen Fällen eine weiß leuchtende Kugel, die ein paar Sekunden lang über den Boden rollt. Das folgende Video stammt von einer Wissenschaftlergruppe aus Brasilien:


Weitere Videos der Brasilianer sind hier zu finden.

Wie lassen sich diese über den Boden rollenden Kugeln erklären? Man nimmt an, dass es sich um kleine Siliziumpartikel handelt, die bei der Verbrennung zu Quarz (SiO2) leuchten. In der Natur könnte dieses Silizium bei Blitzeinschlag in Sand entstehen. Mit anderen Elektroden-Materialen gelangen diese Versuche nicht. Bleibt jedoch ein Kritikpunkt: Entgegen der gängigen Vorstellung von Kugelblitzen, rollen die brasilianischen Kugeln nur über den Boden, anstatt zu schweben.

Professor Fussmann und seine Gruppe verfolgen daher einen anderen Ansatz bei ihren Experimenten. Wie in der folgenden Abbildung skizziert, befinden sich in einem Wassergefäß zwei Elektroden, eine am Boden des Gefäßes, eine an der Wasseroberfläche. Die Elektrode an der Wasseroberfläche ist von einem isolierenden Keramikröhrchen umgeben, hat also keinen direkten Kontakt zum Wasser, allerdings befindet sich ein Wassertröpfchen am Ende dieser Elektrode.

Fussmanns Laboraufbau
Experimentaufbau, Quelle: Ref. [2]

Schließt man den Schalter, liegt zwischen den beiden Elektroden eine Spannungsdifferenz von 5kV, was eine Drift der positiven Ladungsträger in Richtung der Elektrode an der Wasseroberfläche hervorruft. Nach kurzer Zeit beobachtet man dort einen Durchbruch, was die Verdampfung des Wassertröpfchens und die Entstehung eines leuchtenden Gebildes, des Plasmoids, zur Folge hat. Der Schalter wird nach ca. 100 ms wieder geöffnet und dem Plasmoid damit seine externe Energiequelle genommen. Den Entstehungsprozess kann man sehr schön in der folgenden Bildserie sehen:

Enstehungsprozess aus PSST
Enstehungsprozess des Plasmoids, Quelle: Ref. [3]

Anschließend steigt das Plasmoid auf bis es nach ca. 300 ms verschwindet. Ein schönes Bild des Plasmoids in der autonomen Phase stellt das folgende dar, bei dem man auch die Herren Fussmann und Jüttner bei der Arbeit bewundern kann:

Preisphoto
Fussmann (links) und Jüttner (rechts) bei der Arbeit, im Vordergrund das erzeugte Plasmoid, Photo von Norbert Michalke im Rahmen des Deutschen Preises für Wissenschaftsfotographie prämiert.

Fussmann und sein Team haben alle Arten von Diagnostiken auf dieses Gebilde losgelassen und herausgefunden, dass es sich um ein Plasma handelt, dass eine Temperatur von 3000 bis 5000 K aufweist. Umgeben ist es wahrscheinlich von einer dünnen Wasserschicht, weswegen man kein Papier mit dem Plasmoid entzünden konnte. Dieses stimmt mit Beobachtungen aus der Literatur überein, in denen oft berichtet wird dass der vermeintliche Kugelblitz keinen Schaden bzw. keine Spuren hinterlassen hat.

Was aber hält das Plasma so lange am Leben, wieso leuchtet es so lange? Trotz empfindlicher Diagnostiken, fand Fussmann weder ein hohes elektrisches noch magnetisches Feld, welches für den Einschluss des Plasmas hätte sorgen können. Bleibt als Energiequelle für die beobachtete Leuchterscheinung nur chemisch gespeicherte Energie übrig: Bei einigen chemischen Reaktionen entsteht unter anderem Strahlung im sichtbaren Bereich, man spricht hier von der Chemolumineszenz. Genau diese Art von Energiequelle bzw. -speicher scheint für die lange Lebensdauer des Plasmoids verantwortlich zu sein.

So weit so gut, die Kugelblitze, von denen aber gelegentlich berichtet wird, leben deutlich länger als die von Fussmann erzeugten Objekte. Dies könnte sich dadurch erklären lassen, dass ein Blitz einiges mehr an Energie liefern kann, als das Laborexperiment. Nach Fussmanns Experimenten könnte ein Kugelblitz in der Natur durch Blitzschlag in eine Pfütze entstehen, die genau die richtige Wassermenge enthält, um entsprechend den Experimenten verdampft zu werden. Eine Reihe von Experimenten mit größeren Kondensatoren soll hier weitere Einsichten bringen, es bleibt also spannend!

Quellen:

[1] doi: 10.1088/0031-8949/48/5/023

[2] doi: 10.1002/piuz.200801177

[3] doi: 10.1088/0963-0252/17/2/024014

Veröffentlicht von

Alf Köhn hat in Kiel Physik studiert und an der Uni Stuttgart am Institut für Plasmaforschung promoviert. Momentan ist er als Post-Doc am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching tätig und beschäftigt sich dort überwiegend mit der Wechselwirkung von Plasmen und elektromagnetischen Wellen.

16 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Es gibt etwas, was es nicht geben darf!?

    Es gibt etwas, was es nicht geben darf!?
    Schon die Überschrift bringt die alte wissenschaftliche Skepsis zum Ausdruck – und, dass dieses Naturphänomen wissenschaftlich noch nicht endgültig als geklärt gilt. Bei der Supraleitung sind zwar auch nicht alle Fakten wissenschaftlich erklärt – aber die Versuche sind eindeutig nachvollziehbar, was beim Kugelblitz und seiner Vielfältigkeit(?) der Entstehung noch nicht gegeben ist. Fotos – ehe die Kamera bereit ist, ist der K-Blitz meist wieder weg, falls man einen gesehen hat.
    Nachdem ich wusste das es Kugelblitze geben soll, konnte ich mich erinnern, dass ich einen als Kind auf freiem Feld bei leichtem Regen gesehen hatte. Er war max. 200 m entfernt, erschien mir etwas kleiner als ein Fußball und nicht länger als 3s. Ihm ging ein Blitz voraus und er schwebte höchstens in Kopfhöhe. Bis heute habe ich keinen wieder gesehen, obwohl ich gern Gewitter geschaut habe.
    Die Sache mit dem Unsinn… Kapitäne haben Monsterwellen bis 30 m gemeldet – wissenschaftlich hatten sie „einen über den Durst getrunken“. Seit einigen Jahren werden sie erforscht – und? Sie sind gar nicht so selten! Piloten haben Blitze (Kobolde, Sprites) von den Wolken bis an die Weltraumgrenze (höhe 100 km) gesehen und gemeldet. Kann nicht sein, meinte die Wissenschaft, und wer meldet schon wiederholt etwas was nicht sein kann! Auch hier wird seit einigen Jahren richtig geforscht. Piloten sahen auch eindeutig Fluggeräte, die keinen irdischen Ursprung haben konnten (RTL II, Ufo 2000, Februar 2000). Heute heißt es wissenschaftlich offiziell in Deutschland noch: „Ufos entstehen im Hirn“. Vor um 30 Jahren waren die Ozeane auch noch eine „unendlichen Wasserwüste“ – heute wissen wir, dass es da noch sehr viel zu erforschen gibt!
    Die Beispiele zeigen: Wenn wir etwas nicht erklären können/wollen – muss es es doch nicht auch nicht geben!

  2. Skepsis

    Ich gebe Ihnen da völlig recht, dass das Naturphänomen des Kugelblitzes noch nicht endgültig geklärt ist. Allerdings habe ich nirgendwo behauptet, dass es keine Kugelblitze geben darf.
    Ich habe den Artikel lediglich mit der gesunden Skepsis eingeleitet, die jeder Mensch, egal ob Wissenschaftler oder nicht, haben sollte. Genauso wie die unabdingbare Neugierde, ohne die wissenschaftlicher Fortschritt oft nur schwer vorstellbar wäre. Aber es brauch eben auch kritisches Hinterfragen, ganz unbedingt sogar. Kugelblitz-Erfahrungen wie die von Ihnen gibt es viele, und wie Sie sehen, passt er auch in das von mir beschriebene Schema. Trotzdem muss man diese Beobachtung auf Herz und Nieren “abklopfen” können, so wie man das mit jeder anderen wissenschaftlichen Beobachtung auch können muss. Ansonsten bleibt es nur eine Geschichte. Aber die Experimente von Prof. Fussmann sind ja genau ein Schritt in diese Richtung.

    Die Geschichte mit den Kobolden kenne ich auch, da gibt es in der Tat einige sehr interessante Erscheinungen oberhalb der Wolkendecke.

    Die Ufo-Sendung, die Sie ansprechen, kenne ich nicht, da kann ich also nichts zu sagen, aber ein Ufo ist ja erstmal nichts anderes als ein unbekanntes Flugobjekt, da muss es sich ja nicht immer gleich um Außerirdische handeln.

  3. Sachlich

    Herr Köhn, Ihre Überschrift fand ich schon ganz gut, bringt sie doch schon das Kontroverse nicht nur dieser Problematik zum Ausdruck.
    Ich habe mehrere Jahrzehnte verschiedenste Geräte instandgesetzt… – es Anderen gelehrt. Um den eigentlichen Fehler zu finden, muss man die Zusammenhänge kennen. So gehe ich auch in anderen Bereichen vor.
    Den Piloten hat man aber jahrzehntelang die Kobolde wissenschaftlich nicht abgenommen! Und was die anderen Flugobjekte anbelangt – eigentlich können Piloten am besten einschätzen was sie gesehen haben. Auch Lufthansapiloten haben über Ufos berichtet! In der genannten Sendung trat auch unser Astronaut Dr. Walter auf und forderte aus seiner Erkenntnis heraus im Februar 2000 im RTL-Interview: Die Wissenschaft möge sich doch dem Ufo-Phänomen widmen.
    Es ist schon ein Unterschied, ob man wissenschaftlich ein Problem anerkennt und nach Lösungen sucht – oder es leugnet! Wenn man sich mit dieser Thematik befasst, gibt es viele Bereiche, die Jahrzehnte gegen viele Widerstände brauchten, bis sie Stand der Wissenschaft waren. Das trifft heute auch ganz besonders auf Themen zu, in denen schon vor Jahrtausenden über High-Tech berichtet wird, die uns heute noch überlegen wäre, z. B. die Veden mit den Vimanas.
    Warum aber ist das so?
    Das zeigt sich in der Bemerkung von Max Planck, dem zufolge sich neue Ideen in der Forschung nicht etwa dadurch durchsetzen, daß die Anhänger der alten Vorstellungen überzeugt werden. Es ist vielmehr so – nach Planck -, daß die Vertreter der alten Theorie aussterben müssen, um dem Neuen Platz zu machen… [FE] Die Kugelblitz-Forschung hatte genau so einen schweren Start. Kobolde sind ja auch (meist) an Gewitter gebunden und eher von oben – vom Pilotensitz aus – zu erblicken.
    Einen kleinen Kobold konnte ich im Vakuum (0,1 … 1 mbar) etwa nachbilden – Bild 15 in: http://www.deistung.de/…l/veroffentl/irtumer.htm

    [FE] Fischer, E.-P.: Neue Theorien setzen sich spät durch – mit dem Tod bisheriger Meinungsführer
    http://www.welt.de/data/2006/02/06/841609.html welt.de vom 06.02.2006

  4. leichte Kritik

    Ganz zu anfang wird Professor Fussmann erwähnt, aber nicht, was er wo macht. Auch am Ende schreibst Du dazu nichts. Das finde ich etwas ungünstig. Oder ist der so bekannt, daß man ihn kennen müßte?

    Ansonsten finde ich das Thema interessant und den Artikel dazu gut. Eine schöne Grafik und dann später das Foto. Ich hätte nicht gedacht, daß der Versuchsaufbau so groß ist. Und nun lese ich mir den zweiten Beitrag dazu durch.

  5. @Martin

    In der Tat habe ich zu dem beruflichen Hintergrund des Herrn Fußmanns nichts geschrieben, aber das hole ich gerne nach.
    Herr Fußmann war zuletzt Professor für experimentelle Plasmaphysik an der Humboldt Uni Berlin. Eigentlich hat er sich die meiste Zeit mit fusionsorientierter Plasmaphysik befasst. Er ist hier ein ausgesprochener Experte auf dem Gebiet der spektroskopischen Untersuchung dieser Plasmen.
    Erst mit seiner Emeritierung hat er sich dem Thema Kugelblitze zugewandt. Sein Interesse an diesem Gebiet wurde Anfang dieses Jahrestausends durch einen Vortrag geweckt, der einige Photos von kugelblitz-artigen Objekten zeigte, allerdings kaum etwas über die physikalischen Hintergründe aussagte. Durch seine Emeritierung hat er dann endlich die Zeit gehabt, die er brauchte, um diesem Thema nachzugehen.

    Also eigentlich auch eine ganz interessante Geschichte, die ich aus Platzgründen nicht in den Beitrag aufnehmen wollte. Ich danke dir daher für die Frage, wie man so schön sagt, denn so konnte ich das jetzt auch an den Mann/die Frau bringen^^

  6. Kugelblitz

    Ein Kugelblitz.

    Selten gesehen, oft geleugnet, kaum eine sichere physikalische Erklärung, so ist der berühmte Kugelblitz.
    Mein Vater hatte mir von einem erzählt, den er gesehen hat. Als Kind auf dem Hof seiner Eltern, eine leuchtende Kugel.
    Nun hat mir ein Ehepaar von einem solchen Ereignis, das sich sekundenlang direkt vor ihren Augen abspielte erzählt. Ehepaar Meier aus Eimbeckhausen neigt mit Sicherheit nicht zum Aufschneiden oder Veräppeln des Zuhörers. Es muss so um 1990 gewesen sein, als sie beide mit einer Nachbarin während eines Gewitters am Nachmittag nach Hause gingen. In ihrer Einfahrt auf einem Fußweg tauchte plötzlich, von oben her kommend, eine hell leuchtende Kugel auf. An einen gleichzeitigen Donnerschlag können sie sich nicht erinnern, obwohl es gewitterte und am gleichen Tag der Fernseher und der des Nachbarn kaputt gingen.
    Vor ihnen, etwa auf 3 Meter Entfernung hüpfte eine silberhelle Kugel, die allerdings nicht ganz glatt war, sondern unregelmäßige Strahlen oder ähnliches aufwies.
    Die Farbe war nicht rötlich oder grünlich. Die Helligkeit war etwa wie ein Scheinwerfer, nicht besonders blendend. Beide hatten sich sehr erschrocken, aber dennoch beide das gleiche gesehen, somit scheidet eine Augentäuschung aus. Auch die Nachbarin hatte das Gleiche gesehen. Die Kugel, so groß wie ein Fußball, bewegte sich leicht hüpfend, wie ein Luftballon, vor ihnen her. Bis er bei etwa 5 oder 6 Meter Entfernung plötzlich verschwand. Es gab kein besonders Geräusch beim Verschwinden, ein Geruch ist ihnen nicht aufgefallen. Es kann eigentlich kein Zweifel bestehen, dass dieses Ereignis so abgespielt hat.

    H.G.Rabe 21.9.2010

  7. Hallo, ich gehöre auch zu jenen, die schon eine unheimliche Begegnung mit einem Kugelblitz hatten. Ort des Geschehens: Die Autobahn A96 kurz vor Lindau gegen 21.00 Uhr (vor einem guten Jahr). Eine rote Kugel glitt/schwebte oberhalb der Autobahn auf einem Brückengeländer entlang. Der Durchmesser lag ungefähr bei 60 bis 80 cm. Ca. 4 sec habe ich das Spektakel verfolgen können, musste meine Augen wieder auf den Verkehr richten. Beim 2. Blick war sie schon verschwunden. Ob es einen Knall gegeben hat kann ich nicht beantworten. Ich habe auch erst danach realisiert, was ich da gerade gesehen habe. Das Zentrum der Gewitterfront war jedoch noch etwa 1km entfernt. L.g.

  8. Ich halte das Experiment von Dr.Fussmann für wiederlegt,bei versuchen mit Marx generatoren und Wasser (z.b.Kopfball Sendungen) sah man bei den Langzeitbelichtungen keinen Kugelblitz,obwohl die Energie und Spannung fiel höher sind.Zudem legt das grünliche Leuchten nah,dass Kupferelektrodenmaterial verdampf,was es in Pfützen nicht gibt..Ich halte die Siliziumtheorie für wahrscheinlicher,Andererseits gibt es im Netz Videos von simulierten Blitzeinschlägen auf Flugzeugmodelle aus Aluminim,mittels Marxgenerator,hier sieht man wegspritzende leuchtende Aludampfreste,die leuchten aber nicht lange dafür sehr grell.

    • Lieber Alex,
      Sie haben leider keine Quelle angegeben, aber ich vermute mal Sie spielen auf diese Sendung hier an: http://www.wdr.de/tv/kopfball/sendungsbeitraege/2009/1004/gewitter.jsp
      Die dort gezeigten Zeitlupenaufnahmen zeigen in der Tat keinen Kugelblitz, aber das widerspricht nicht den Experimenten von Prof. Fussmann und seinen Kollegen: wenn Sie in meinem Artikel oben (oder in der verlinkten Veröffentlichung) nachlesen, dann finden Sie dort den Hinweis auf einen kleinen Tropfen Wasser der verdampft wird – es geht um eben diesen Tropfen. In dem großen Pool aus der Kopfballsendung verteilt sich die Energie des Blitzes auf eine große Menge Wasser.

      Grünes Leuchten sehe ich in den Bilder von Fussmann und Kollegen nicht, aber das mag an meiner leichten Rot-Grün-Schwäche liegen… oder haben Sie noch eine weitere Quelle ?

      Haben Sie eine Quelle für die Blitzeinschläge in den Flugzeugmodellen?

      Auf einer Tagung habe ich kürzlich von einer weiteren Gruppe erfahren, die ähnliche Experimente wie die von Fussmann macht, ich schaue mal, ob ich da weiterführende Arbeiten finde.

  9. Hallo Alf,
    entschuldige die späte Antwort,hatte die Seite nicht wiedergefunden.
    Also zur Kopfball Sendung,da gibt es noch eine andere Folge bei der der Blitz einmal in ein trockenes und in ein nasses Zelt einschlägt:
    http://www.wdr.de/tv/kopfball/sendungsbeitraege/2011/1002/blitz_zelt.jsp
    der Kohlefaserstab produziert einen Feuerball,beim nassen Zelt ist keine auffällige Änderung in der Flammenbildung.
    Die Sendung mit den Flugzeugblitzeinschlägen gibts bei you tube:
    https://www.youtube.com/watch?v=m37z5R2rJ5E
    When Lightning strokes…
    etwa ab 1:00 min. Hier sieht man beim Flugzeugmodell leuchtende Teile wegfliegen.
    Eine Frage:Welche Kapazität benutzt das Max Planck Institut?
    lese immer 5000V und 0,5mF (millifarad oder µF)Bei 0,5µf erscheint mir die Energie recht gering,bei 0,5millifarad viel zu hoch,dann fliegt der Eimer durch die Gegend.
    Hatte auch schonmal gedacht das Kugelblitze durch Rußpartikel entstehen. (Schornsteinblitzeinschläge sind in klassischen Überlieferungen von Kugelblitzen häufig)
    oder vielleicht verdampfendes Thorium,wie in Glühstrümpfen von Gaslampen und Thoriumpartikel werden u.a.durch verbrennen von Steinkohle freigesetzt…
    Mit großen Marx Generatoren könnte man gut Versuchsreihen fahren,wenn die nicht ausschließlich für Hochspannungsisolationstests gebraucht würden.

  10. Hi,hatte noch was vergessen,hier ist u.a.das grünliche Leuchten beim Fussman Versuch zu sehen:
    https://www.youtube.com/watch?v=44edjZtW7TI
    Im Beitrag wird auch auf Wassereinschläge in große Teiche eingegangen,wobei keine Kugelblitze entstehen.Und sehe gerade,dass hier in der Versuchsanordnung von 1mF die Rede ist,andere Quellen 0,5mF(milli oder µF,normalerweise milli,alte Schreibweise für µ?)

  11. Hi Alex, sorry für meine späte Antwort.
    Zunächst zu den Kapazitäten der Kondensatoren: In der Tat werden dort Kondensatoren mit einer Kapazität von ungefähr 1 mF, also einem Millifarad (1 MikroFarad = 1 µF = 0,001 mF). Und, ja, das ist eine hohe Kapazität, aber man braucht auch hohe Entladungsströme in der Größenordnung von 10 bis 100 Ampere um einen solchen Plasmaball zu bekommen.

    Dann zu den Flugzeugblitz-Einschlägen:
    Genau die Stelle bei 1:00 min in dem Video zeigt ein animiertes Flugzeug, da war das grüne Gas also vermutlich der Phantasie des Erstellers entsprungen.

    Eine leicht grünliche Leuchterscheinung, die in dem einen Video deutlich zu sehen ist (danke für den Link), könnte ansonsten auch vom Wasser selbst kommen, bedenken Sie, dass hier Leitungswasser verwendet wurde mit all seinen Salzen.

  12. Hallo Alf,
    habe mir schon gedacht,das für den Fussmann Versuch mehr Kapazität nötig ist.
    Bleibe aber an dem Thema dran,Blitze sind ein großes Hobby von mir.
    Wenn man nur ein größeres Blitzlabor hätte….
    Schaue mal ab und zu auf Deiner Seite vorbei,ob´s was neues zum Thema gibt.
    grüße
    Alex

  13. Hi Alf,
    leider ist München gute 600km entfernt.Das Programm klingt aber trotzdem interessant.
    Das Kugelblitzexperiment hat ein Kollege letztens nachgestellt.Hat funktioniert.
    Interessant ist noch dieses Video:Hier meine ich sieht man den Plasmaeffekt beim Wassereinschlag in der slowmo.
    P.S.Die Zeitschrift,die dieses Video veröffentlicht lese ich aber nicht,-)
    grüße
    Alex

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