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Sternengeschichten Folge 460: Antimaterie-Blitze und außerirdische Gewitter

Ein Gewitter ist ein beeindruckendes Ereignis. Zumindest dann, wenn man es wirklich unmittelbar erlebt. Wer schon einmal Blitz und Donner nicht aus der Ferne und der Sicherheit des eigenen Hauses erlebt hat, sondern in freier Natur und mittendrin; wer die Blitze in nächster Nähe einschlagen sehen und den sofort darauf folgende Donner ohrenbetäubend krachen gehört hat, kann nachvollziehen, wieso die Menschen früher davor ernsthaft Angst gehabt haben. Wieso sie sich in Blitz und Donner das Wirken von Göttern vorgestellt haben. Ein Gewitter ist auch heute noch spektakulär und furchteinflößend; daran ändert auch nichts, dass wir wissen, was da passiert.

Die Details der Entstehung eines Blitzes sind erstaunlich kompliziert. Aber alles fängt mit einer Wolke an. Mit einer Cumulonimbuswolke, auf deutsch: einer Gewitterwolke. Sie kann sich bis zu 10 Kilometer hoch auftürmen, dort oben in der kalten Atmosphäre bilden sich aus den Wassertropfen, die die Wolke bilden, Eiskristalle. Dann braucht es noch starken Wind in der Wolke; Luft muss mit 5 bis 20 Meter pro Sekunde nach oben strömen. Das kann passieren, wenn die Luftfeuchtigkeit hoch genug ist, und Wasserdampf zu kleinen Wassertropfen kondensiert. Dabei wird Wärme freigesetzt und die Luft in der Wolke wird wärmer, als sie es in dieser Höhe eigentlich sein sollte. Deswegen steigt sie auf, kühlt sich dabei ab und das verstärkt die Kondensation. Dadurch wird noch mehr Wärme frei; die Luft steigt weiter und noch schneller nach oben. Hoch über dem Boden ist es kalt genug, dass die Wassertropfen gefrieren, die Eiskristalle werden immer größer, bis sie schwer genug sind, um trotz der Aufwinde nach unten zu fallen. Die schweren Hagelkörner kollidieren dabei mit den noch leichteren und nach oben strömenden Eiskristallen. Dadurch werden sie elektrisch geladen; das ist genau so, wie wenn man mit einem Stück Fell an einem Luftballon reibt, der dann statisch geladen ist. Durch die Reibung werden Elektronen aus den Atomhüllen der leichten Eiskristalle herausgelöst und an die größeren Hagelkörner abgegeben. Die einen sind nun also elektrisch negativ geladen, die anderen elektrisch positiv. Die einen sinken nach unten, die anderen steigen nach oben. Am Ende findet man oben und unten in der Wolke große Ansammlungen an Teilchen mit unterschiedlicher elektrischer Ladung. Irgendwann kommt es zu einem Ausgleich dieser Ladungen; es fließt ein elektrischer Strom: Genau das ist ein Blitz. Es kann innerhalb der Wolke blitzen, aber auch zwischen Wolke und Boden. Und ist im Detail noch viel komplizierter, als ich das jetzt dargestellt haben.

Auf jeden Fall aber wird in sehr kurzer Zeit sehr viel Energie frei. Ein typischer Blitz dauert nur einen Sekundebruchteil; es gab aber auch schon Blitze, die über 10 Sekunden gedauert haben. Im Durchschnitt legt der elektrische Strom eine Strecke von ein paar Kilometern zurück, man hat aber auch welche gemessen, die ein paar hundert Kilometer lang waren. Aber egal wo und wie lange es blitzt: Die Luft wird dabei in unmittelbarer Nähe des Blitzes schlagartig auf bis zu 30.000 Grad Celsius erhitzt. Aufgrund der elektrischen Ladung sind Blitz und die Luft im Blitzkanal von einem Magnetfeld umgeben, dass die Ausdehnung der Luft verhindert. Sie wird also extrem erhitzt und die Luftmoleküle wollen sich dadurch sehr schnell bewegen. Sie können aber wegen des Magnetfeldes nirgendwo hin, das heißt, der Druck steigt enorm an. Wenn der Blitz dann eingeschlagen hat und das Magnetfeld verschwindet, kann sich die Luft endlich ausdehnen, was sie dann auch explosionsartig tut. Das Resultat ist der Donnerknall, der jeden Blitzeinschlag begleitet.

Donner und Blitz begleiten uns Menschen schon von Anfang an. Gewitter gab es schon lange, bevor das erste Leben auf der Erde sich entwickelt hat. Jeden Tag schlagen ein paar Millionen Blitze auf d