… und sie fliegen doch!

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Plasmen im Mittelpunkt
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ResearchBlogging.org In meinem letzten Beitrag habe ich die Experimente der Gruppe um Herrn Fussmann beschrieben, in denen Kugelblitz-ähnliche Objekte erzeugt und untersucht werden. Ich habe auch eine zweite Gruppe von Forschern beschrieben, die ihre "Kugelblitze" auf eine andere Art und Weise erzeugen, deren Objekte, im Gegensatz zu dem Fussmann’schen Kugelblitz, allerdings recht bodenständig sind und sich nicht durch die Luft schwebend fortbewegen. Einer Gruppe von japanischen Wissenschaftlern ist es jetzt gelungen, auch diese Objekte abheben zu lassen.

Wer sich an meinen letzten Beitrag erinnert, dem mag das Video der brasilianischen Forscher noch im Gedächtnis sein, die mit einem recht improvisierten Aufbau, eine Reihe von leuchtenden, über den Boden rollenden Objekten erzeugten. Eine Gruppe japanischer Wissenschaftler hat diesen Aufbau etwas professioneller aufgezogen, wie man der folgenden Abbildung entnehmen kann.
aus dem Kugelblitz paper - Versuchsaufbau

Versuchsaufbau, Quelle: doi: 10.1103/PhysRevE.80.067401

Die Erzeugung der vermeintlichen Kugelblitze läuft folgendermaßen ab: An die zwei Graphit-Elektroden, die durch eine Schicht von Silizium-Kügelchen voneinander getrennt sind, legt man eine Spannung an, so dass dort ein Strom von ca. 100 A fließt. Dieser heizt den Silizium-Kügelchen ordentlich ein. Nach ca. 5 Sekunden bewegt man die obere Elektrode von der anderen weg, so dass ein Lichtbogen entsteht. Der Lichtbogen erhitzt die Silizium-Kügelchen lokal nun noch weiter, bis diese schließlich verdampfen. Dabei entstehen leuchtende Bälle, die mit handelsüblichen CCD Kameras beobachtet werden.

Dabei zeigte sich, dass eine beträchtliche Anzahl der Leuchterscheinungen nicht einfach nur auf die Acrylplatte hinunter fällt, sondern zu einem schwebe-artigen Verhalten neigt. In den folgenden Videoframes sieht man beispielsweise eine leuchtende Kugel, die zunächst einige Zeit lang in konstanter Höhe schwebt, dann sogar nach oben beschleunigt wird.
Kugelblitz - paper, hovering particles

Eine zunächst schwebende Leuchterscheinung, die sich dann nach oben beschleunigt bewegt, Quelle: doi: 10.1103/PhysRevE.80.067401

In einer Reihe von Experimenten stellte sich dabei heraus, dass die Leuchterscheinungen nur dann schweben, wenn ihre Dichte einen gewissen Wert nicht überschreitet, und zwar den von Luft. Das ist zunächst einmal recht nahe liegend, denn man kann sich leicht vorstellen, wie ein Teilchen, das die Dichte von Luft knapp unterschreitet, von einer leichten Brise empor getragen wird. Was einen wundert ist vielmehr die Idee, dass ein aus Silizium bestehendes Teilchen leichter als Luft sein soll.

Die Autoren schlagen folgenden Aufbau ihrer Kugelblitz-Objekte vor: Im Inneren befindet sich der geschmolzene Silizium-Kern, der auch für die Leuchterscheinung verantwortlich ist. Umgeben wird der Kern von einer Schicht aus heißem Dampf, der in einem schwammartigen Geflecht aus Nanoröhrchen gefangen ist, was durch teilweises Abdampfen und anschließendes Verketten des Kernmaterials entsteht. Das Zahlenbeispiel sieht dabei wie folgt aus: Ein ca. 100 μm großer Kern wird von einem 1.5 mm dicken Nanogeflecht umgeben, durch welches der 1000 Grad heiße Dampf nur sehr langsam entkommen kann. So kann man Gesamtdichten erreichten, die knapp unter der Dichte von Luft liegen.

Ob diese Art von Experimenten wirklich etwas mit den zahlreichen Kugelblitz-Beobachtungen in der Natur zu tun haben, wollen die Forscher in einer Reihe von Experimenten herausfinden, in denen sie die Silizium-Kügelchen durch das ersetzen, was in der Natur etwas häufiger vorkommt: Erde, denn dort, so denkt man, könnte durch Blitzeinschlag ebenfalls das dringend notwendige Silizium entstehen, ohne das bisher im Labor keine schwebenden, leuchtenden Objekte erzeugt werden konnte. Da diese Experimente erst im Ausblick erwähnt werden, bleibt es weiterhin spannend!


Ito, T., Tamura, T., Cappelli, M., & Hamaguchi, S. (2009). Structure of laboratory ball lightning Physical Review E, 80 (6) DOI: 10.1103/PhysRevE.80.067401

Alf Köhn-Seemann

Veröffentlicht von

Alf Köhn-Seemann hat in Kiel Physik studiert und in Stuttgart über Mikrowellenheizung von Plasmen promoviert. Von 2010 bis 2015 war er dort als Post-Doc tätig. Nach mehreren Forschungsaufenthalten im englisch-sprachigen Raum, arbeitet er von 2015 bis Ende 2017 am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching. Seit Ende 2017 forscht und lehrt Alf Köhn-Seemann wieder an der Uni Stuttgart.

4 Kommentare

  1. xytrblk meint:: Einbildung oder Erlebnis

    Zu den stärksten Erlebnissen meiner Kindheit gehört ein bläulich leuchtender Kugelblitz. Ich sah in 1953 im August in Kampen auf Sylt über die Heide auf mich zurollen oder dicht über dem Boden schweben. Very eerie! Das geschah kurz vor einem Gewitter – d.h. der Hintergrund, vor dem dies geschah, war schon ziemlich dunkel.
    Habe ich mir das, damals 13 Jahre alt, nur eingebildet? Viele skeptische Berichte von Wissenschaftlern, die ich seitdem gelesen habe, ließen mich immer wieder zweifeln. Außerdem weiß ich als Psychologe, welche Spielchen unser Gedächtnis manchmal mit uns treibt.
    Meine Schwester bezeugt jedoch das Erlebnis; allerdings war sie damals erst 9 Jahre alt.
    Alle Iritation über dieses Erlebnis, das mich tief beeindruckt und mein ganzes Leben lang begleitet hat, löst sich auf, wenn ich mir klar mache: Ich habe damals das gesehen, was ich gesehen habe. Warum hätte ich mir ein Phänomen einbilden sollen, von dem ich vorher nie etwas gehört oder gelesen hatte?
    Obwohl: letzteres kann ich nicht beschwören; ich habe damals viel gelesen. Doch wie stark muss eine Einbildung sein (auch bei einem pubertierenden Teenager), dass sie zum starken Erlebnis und zum festen Bestandteil seiner Erinnerungen wird? Warum? Eines der großen Rätsel meines Lebens und sicher ein starker Antrieb, dass ich mich schon sehr früh für Naturwissenschaften interessierte.

  2. Ursache

    Lieber Jürgen,
    für dass was Sie gesehen haben, gibt es in jedem Falle eine Erklärung, eine – zugegebenermaßen nicht sehr spannende – könnte sein, dass es eine optische Täuschung war, dadurch hervorgerufen, dass Sie kurz vorher von einem klassischen Blitz stark geblendet wurden und der vermeintliche Kugelblitz gewissenmaßen das Nachleuchten war.

    Vielleicht haben Sie aber auch tatsächlich eine solche Erscheinung beobachtet, wie sie mittlerweile im Labor erzeugt werden.

    Interessant wäre die Frage, ob Ihre Schwester von sich aus von ihrem Erlebnis erzählt hat, oder ob sie Ihrem großen Bruder voller Ehrerbietung und Respekt einfach zugestimmt hat, frei nach dem Motto: der große Bruder wird schon recht haben 😉

    Erinnern Sie sich noch, wie weit die Leuchterscheinung von Ihnen entfernt war?

  3. Ein bißchen späte Reaktion, aber…

    Ich reagiere ein wenig spät auf deine Antwort vom 23. März zu meinem Kommentar. Vielen Dabnk für die Aufklärung, die mir einleuchtet. Das ist natürlich alles lange her und das mit dem großen Bruder trifft sicher mit zu (vor allem weil meine Schwester sehr, naja: “wundergläubig” ist).
    Die Entfernung des Phänomens veränderte sich. Zunächst – so erinnere ich es – war da eine leuchtend blaue Kugel von schätzungsweise zehn Zentimeter Durchmesser, vielleicht auch kleiner, die bestimmt mehr als 20 Meter entfernt war. Sie rollte dann schräg von rechts nach links in meiner Richtung – und verschwand. Für das optische Nachbild eines Blitzes in der Retina als Erklärung war das Phänomen zu “langlebig”, würde ich heute sagen.
    Für all dies kann ich natürlich nicht meine Hand ins (kosmische) Feuer legen. Das Interessanteste daran ist wahrscheinlich, dass es mich so beeindruckt hat. Bis heute. Aber das ist natürlich kein objektives wissenschaftliches Argument.
    Beste Grüße und Kompliment für den anregenden Blog – JvS

  4. Blumen

    danke für die Blumen Jürgen, wobei ich ja nun schon wirklich lange nichts mehr geschrieben habe.

    Das wird sich aber wieder ändern, denn seit Ende dieser Woche habe ich den Kopf wieder frei, dazu dann aber an gegebener Stelle mehr 😉

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