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Kugelblitz Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig Weitere Bedeutungen sind unter Begriffsklärung aufgeführt Als bezeic

Kugelblitz

Als Kugelblitz bezeichnet man eine kugelförmige Leuchterscheinung meist in der Nähe eines Gewitters. Für das seltene Phänomen gibt es Berichte von Augenzeugen, die Kugelblitze nicht nur im Freien, sondern auch in geschlossenen Räumen beschreiben. Physikalische Demonstrationsexperimente decken nur Teilaspekte ab, manche Beobachtungen werden auch durch Sinnestäuschung erklärt.

Darstellung eines Kugelblitzes aus dem 19. Jahrhundert

Beschreibung Bearbeiten

Globe of Fire Descending into a Room von Dr. G. Hartwig

Experten und Laien sammeln seit langem Augenzeugenberichte und werten sie aus. Laut Augenzeugen treten die seltenen Erscheinungen plötzlich auf, im Freien und auch in geschlossenen Räumen, überwiegend in Bodennähe. Die Phänomene werden als schwebende, selbstleuchtende und undurchsichtige Lichtobjekte beschrieben. Sie strahlen keine Wärme ab und treten in zahlreichen Farben und Größen auf. Die Form wird als sphärisch (kugelförmig), eiförmig oder stabähnlich beschrieben.

Die erste gründliche Zusammenstellung und Untersuchung von Kugelblitz-Beobachtungen wurde von Walther Brand 1923 veröffentlicht. Brand selektierte 215 Fälle aus mehr als 600, deren Beschreibung genügend Information für eine Analyse enthielt und die ihm glaubhaft erschienen. Das Buch enthält eine Zusammenstellung der Eigenschaften der Objekte. Im Original ist es lange vergriffen, aber ein Nachdruck ist erhältlich. Ende 2022 wurde das zweite Buch auf Deutsch über Kugelblitze veröffentlicht, das den Stand der Forschung beschreibt und 27 Originalberichte von Kugelblitz-Sichtungen enthält.

Charakteristisch in der Beschreibung ist die Beweglichkeit dieser Erscheinungen. Innerhalb von zwei bis acht, maximal 30 Sekunden ändern sie oft ihre Richtung, offenbar nicht vom Wind getragen, sondern orientiert an sichtbaren Objekten. Dabei durchdringen sie laut Augenzeugenberichten auch feste Hindernisse unverändert und oft ohne Spuren zu hinterlassen, Regen fällt unbeeinflusst hindurch. Manche Zeugen berichten von Funkenschlag oder von einem Ende mit lautem Knall, der teilweise auch Verletzungen und Beschädigungen verursacht haben soll.

Manche Beschreibungen ähneln sehr stark denen von anderen Phänomenen wie von UFOs oder Foo-Fightern.

Ursachen und Experimente Bearbeiten

Stand der Forschung Bearbeiten

Es wurde trotz Bemühungen von Experten verschiedener Fachrichtungen, wie Meteorologen, Elektrotechnikern, Physikern und Chemikern, bisher keine einheitliche, naturwissenschaftlich anerkannte Erklärung für die verschiedenen Beobachtungen und Berichte gefunden. Eine besondere Herausforderung ist dabei, die für das anhaltende Leuchten notwendige Speicherung von Energie mit der Leichtigkeit der Bewegung zu verbinden. Mark Stenhoff bietet eine Zusammenfassung des Forschungsstandes bis 1999; die neueren Erkenntnisse bis 2019 sind in der englischen Version des Buchs von Herbert Boerner enthalten. Die deutsche Version des Buches enthält weitere Informationen zu den Bedingungen, unter denen Kugelblitze entstehen, und unter anderem einen Originalbericht einer Beobachtung des deutschen Physikers Walther Gerlach.

Experimente mit künstlich erzeugten Blitzen Bearbeiten

Nikola Tesla hat als Erster energiereiche künstliche Blitze erzeugt und berichtet in seinen Aufzeichnungen von Kugelblitzen in seinem Labor.

Silicium-Wolken Bearbeiten

Eine im Jahr 2000 von John Abrahamson und James Dinniss in Neuseeland vorgestellte Hypothese postuliert, dass Kugelblitze nichtelektrischer Natur sind, jedoch durch Blitzeinschlag ins Erdreich entstehen. Dabei werde Siliciumdioxid aus Sand oder Kieselerde in Silicium und Sauerstoff zerlegt. Während der Sauerstoff im Erdreich mit Kohlenstoff reagiere, trete das Silicium als Dampf oder Aerosol aus dem Blitzkanal aus und werde durch Luftsauerstoff langsam oxidiert, wodurch es leuchte. Die Siliciumpartikelwolke sei durch Selbstorganisation auf Grund ihrer Ladung in der Lage, eine kugelähnliche Form anzunehmen. Es sei daher möglich, dass sie sich nach Durchdringen einer kleinen Öffnung wieder zusammenfinde.

Diese Hypothese wurde in Brasilien an der Universidade Federal de Pernambuco von Antonio Pavão und Gerson Paiva nachgeprüft, indem Siliciumplättchen elektrisch verdampft und die Silicium-Luft-Mischung per Funkenentladung entzündet wurde. Farbe, Temperatur und Lebensdauer (8 Sekunden) der tischtennisballgroßen Siliciumdampfbälle entsprachen dabei den Zeugenaussagen, soweit diese bei einem seltenen Kurzzeitphänomen exakt sind. Ein wissenschaftlicher Bericht dazu ist 2007 in den Physical Review Letters erschienen.

Spektrum des 2012 beobachteten Kugelblitzes

2012 wurde diese Hypothese durch die zufällige Beobachtung eines Kugelblitzes mittels Spektrometern erhärtet. Während eines Gewitters im Kreis Datong konnte ein Kugelblitz mit 5 m Durchmesser, der in 1,6 Sekunden ca. 15 m zurücklegte, aus 900 m Entfernung von chinesischen Wissenschaftlern beobachtet und aufgezeichnet werden (Position). Im Spektrum des Kugelblitzes konnten Silicium, Eisen und Calcium nachgewiesen werden, alles Elemente, die auch reichlich im Boden vorkamen.

Einschlag in Wasserpfützen Bearbeiten

Eine andere Hypothese stammt vom deutschen Plasmaphysiker Gerd Fußmann von der Berliner Humboldt-Universität. Er hat 2008 mit einem recht einfachen Versuchsaufbau eine Leuchterscheinung erzeugt, die den Beschreibungen eines Kugelblitzes ähnelt. Dabei füllte er ein Gefäß mit Wasser, setzte zwei Elektroden ein und legte für den Bruchteil einer Sekunde eine Spannung von 5 kV an. Für etwa eine halbe Sekunde entstand dabei ein Gebilde, das er als Kugelblitz deutete. Daraus schloss er, dass Kugelblitze in der Natur durch normale Blitzeinschläge in Wasserpfützen entstehen könnten.

Experimentell produzierter Plasmoid an Wasserpfütze

Seine Arbeit basiert auf derjenigen, an der er im Jahre 2006 als Leiter der gemeinsamen Arbeitsgruppe Plasmaphysik des Garchinger Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) und der Berliner Humboldt-Universität (HUB) beteiligt war. Damals erzeugten die Wissenschaftler über einer Wasseroberfläche leuchtende, kugelblitzähnliche Plasmabälle, die Lebensdauern von knapp einer halben Sekunde und Durchmesser von 10 cm bis 20 cm besaßen. Dabei tauchten in ein mit Salzwasser gefülltes Becherglas zwei Elektroden ein, wobei eine Elektrode durch ein Tonröhrchen (das etwas aus der Wasseroberfläche herausragte) vom umgebenden Wasser isoliert war. Wurde über eine Kondensatorbatterie von 0,5 mF eine Hochspannung von 5 kV angelegt, so floss für 0,15 Sekunden ein bis zu 60 Ampere starker Strom durch das Wasser. Durch einen Überschlag vom Wasser aus gelangte der Strom in das Tonröhrchen, wobei das dort enthaltene Wasser verdampfte. Nach dem Stromimpuls zeigte sich ein leuchtendes Plasmoid aus ionisierten Wassermolekülen.

Stehende Wellen und Maser Bearbeiten

Eine weitere Hypothese wurde 1955 vom russischen Physiker Pjotr Kapiza aufgestellt. Er rechnete die Lebensdauer einer nuklearen Explosionswolke auf die von Kugelblitzen angenommenen Dimensionen herunter und erhielt für einen Feuerball von 10 cm Durchmesser eine Lebensdauer von weniger als 10 Millisekunden. Da Kugelblitze meist mehrere Sekunden lang beobachtet werden, kam er zu dem Schluss, dass sie extern gespeist werden müssen und eine intern ablaufende Reaktion, gleich welcher Art, für den Energiebedarf nicht ausreicht. Darauf entwickelte er die Hypothese, dass sich während eines Gewitters stehende elektromagnetische Wellen zwischen Himmel und Erde ausbilden und an den Schwingungsbäuchen Kugelblitze entstehen. Kapiza ging jedoch nicht auf die Problematik ein, dass es eine Reihe von Schwingungsbäuchen gibt und welche Bedingungen einen bestimmten Schwingungsbauch zum Kugelblitz werden lassen. Um einen Ort bevorzugter Energieabgabe zu bilden, muss das dort befindliche Gas im Vergleich zur Umgebungsluft zumindest schwach ionisiert (leitfähig) sein und es ist unklar, wie sich eine solche Anfangsionisation ausbilden kann. Als theoretisches Beispiel sei eine heiße Luftblase genannt, denn die Ionisierung von Luft steigt mit der Temperatur an. Wenn eine solche Luftblase dadurch mehr Energie erhielte, führte das zu einem weiteren Anstieg der Temperatur und damit zu einem sich selbst aufschaukelnden Prozess.

Peter Handel hat die Hypothese mit dem Vorschlag eines atmosphärischen Masers ausgebaut. Wenn das Volumen eines Masers groß genug ist (mehrere Kubikkilometer), könnten durch alleiniges Pumpen (was bei kleinen Masern normalerweise zur sofortigen Dissipation der Energie führt) genügend Moleküle in einen angeregten Zustand versetzt werden. Handel hat gezeigt, dass es Soliton­lösungen innerhalb des Masers gibt, das heißt, eine stabile stehende Welle im nichtlinearen Medium, deren Energie vom Maser eine Zeitlang aufrechterhalten wird.

Die Entstehung und die Bewegung der Kugelblitze wäre damit an den Ort der Energieabgabe gebunden, deshalb stiegen sie im Gegensatz zum gewöhnlichen Plasma nicht auf und wären gegen Wind unempfindlich. Sofern Baustoffe von Gebäuden für Mikrowellen durchlässig sind, was zumeist der Fall ist, könnten derartige Kugelblitze diese durchaus durchdringen.

Von Ohtsuki und Ofuruton durchgeführte Experimente mit starken Mikrowellensendern lieferten Plasmabälle mit vergleichbaren Dimensionen und Lebensdauern, die Bälle konnten sich gegen den Wind bewegen und scheinbar eine 3 cm dicke Keramikplatte durchdringen, siehe Abschnitt Künstliche Effekte.

Elektromagnetischer Knoten Bearbeiten

A. F. Ranada (Madrid) geht von einem topologischen Modell, einem sogenannten elektromagnetischen Knoten aus. Ein elektromagnetischer Knoten ist definiert als Vakuum-Lösung der Maxwellschen Gleichungen mit der Eigenschaft, dass alle elektrischen und magnetischen Feldlinien geschlossen sind. Entsprechend dieser Hypothese besteht das Volumen des Kugelblitzes nicht vollständig aus Plasma, sondern aus ineinanderhängenden Plasmaschläuchen, die sich gegenseitig magnetisch und hydrodynamisch stabilisieren und Eigenschaften von etwa 10 s Lebensdauer sowie eine Netto-Abstrahlung von etwa 100 W bei einer Gesamtenergie von etwa 20 kJ ohne externe Energiezufuhr zulassen, wie durch entsprechende elektrodynamische Modellrechnungen auf der Grundlage der Alfvénschen und Maxwellschen Gleichungen gezeigt werden konnte. Dabei werde der Hauptteil der Energie nicht durch das Plasma der Blitzentladung, sondern als magnetische Feldenergie gespeichert, wobei magnetische Flussdichten von 0,5 T bis 2 T angenommen werden.

Weitere physikalische Hypothesen Bearbeiten

Es gibt viele weitere Hypothesen: Hochspannungsentladungen, bei denen kleine (< 1 cm) hüpfende Feuerbälle entstehen, die Bildung anderer zündfähiger Gase oder Aerosole (sogenannte diffusive Verbrennung) oder Zuhilfenahme esoterischer Energiequellen.

Unklar und unbewiesen bleibt bei allen geschilderten Experimenten, ob die erzeugten kugelförmigen Gebilde irgendetwas mit den von Augenzeugen beschriebenen Kugelblitzen zu tun haben.

Physiologische Erklärungsansätze Bearbeiten

Es gibt Forscher, die der Meinung sind, die beobachteten Kugelblitze seien nur eine optische Täuschung. Wird das Auge kurzzeitig stark geblendet, so sieht man noch einige Sekunden lang einen Lichteffekt. Bewegt man die Augen, kann der Eindruck entstehen, eine Lichtkugel fliege durch den Raum. Dieser Annahme widersprechen häufige Berichte, dass Kugelblitze nicht überaus hell waren und für Lichteffekte untypisch lange beobachtet werden konnten.

Wissenschaftler der Universität Innsbruck vermuten, dass es sich bei den beschriebenen Kugelblitzen um vom Gehirn erzeugte Eindrücke (sogenannte Phosphene) handelt. Diese Halluzinationen sollen durch die elektromagnetischen Felder bei Blitzeinschlägen entstehen können, indem die Neuronen im Gehirn angeregt werden.

Künstliche Effekte Bearbeiten

Andere Effekte lassen sich mit einer permanenten Energiezufuhr durch Mikrowellen erzeugen. Japanische Forscher kreuzten die Strahlen von leistungsstarken Magnetrons (2,45 GHz, 5 kW), um in freier Luft, abseits der Quellen, also scheinbar schwebend, eine elektrische Feldstärke zu erzeugen, die ausreichte, eine Gasentladung zu zünden. Dieser Plasmaball hatte eine passende Größe und Lichtemission und konnte scheinbar eine Keramikplatte durchdringen, ohne diese zu beschädigen. Tatsächlich durchdrangen lediglich die Mikrowellen die Platte und zündeten dahinter erneut eine Entladung. Das Plasma erlosch sofort nach Abschalten der Mikrowelle.

Quellenangaben Bearbeiten

  1. Walther Brand: Der Kugelblitz. Verlag Henri Grand, Hamburg, 1923.
  2. Walther Brand: Der Kugelblitz. Nachdruck, Verlag Norbert Kessel, 2010, ISBN 978-3941300330.
  3. ↑ Herbert Boerner: Der Kugelblitz. Springer, 2022, ISBN 978-3-03119370-5.
  4. Mark Stenhoff: Ball Lightning: An Unsolved Problem in Atmospheric Physics. Springer, 1999, ISBN 978-0-306-46150-7.
  5. Herbert Boerner: Ball Lightning. Springer, 2019, ISBN 978-3-0302-0782-3.
  6. Walther Gerlach: Über die Beobachtung eines Kugelblitzes. In: Die Naturwissenschaften. Band 25, 1927, S. 522.
  7. Nikola Tesla: Colorado Springs Notes. S. 368–370.
  8. John Abrahamson, James Dinniss: Ball lightning caused by oxidation of nanoparticle networks from normal lightning strikes on soil. In: Nature. Nr. 403, 2000, S. 519–521, doi:10.1038/35000525.
    Zur Hypothese von Abrahamson und Dinniss siehe auch: (Memento vom 10. Juni 2010 im Internet Archive). In: Wissenschaft.de. Bild der Wissenschaft, 4. Februar 2000, abgerufen am 28. November 2021.
  9. Zum experimentellen Nachweis von Siliciumdampfbällen: Wie man Kugelblitze macht. In: Wissenschaft.de. Bild der Wissenschaft, 11. Januar 2007, abgerufen am 12. September 2019.
  10. Gerson Silva Paiva, Antonio Carlos Pavão: Production of Ball-Lightning-Like Luminous Balls by Electrical Discharges in Silicon. In: Physical Review Letters. Band 98, Nr. 4, 2007, S. 048501, doi:10.1103/PhysRevLett.98.048501.
  11. Jianyong Cen, Ping Yuan, Simin Xue: Observation of the Optical and Spectral Characteristics of Ball Lightning. In: Physical Review Letters. Band 112, Nr. 3, 2014, S. 035001, doi:10.1103/PhysRevLett.112.035001 (researchgate.net).
  12. Philip Ball: Focus: First Spectrum of Ball Lightning. 2014.
  13. Kugelblitze – im Labor zu erzeugen? In: ipp.mpg.de. Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, abgerufen am 28. November 2021.
  14. Frank Thadeusz: Meteorologie. Feuerball aus der Pfütze. In: Spiegel.de. 11. August 2008, abgerufen am 28. November 2021.
  15. Rolf H. Latussek: Geheimnisvolle Kugelblitze existieren wirklich. Bei: welt.de. 12. August 2008, abgerufen am 28. November 2021.
  16. (Memento vom 3. März 2010 im Internet Archive). In: ipp.mpg.de. Bericht der IPP-Arbeitsgruppe Plasmaphysik. 8. Mai 2006, abgerufen am 28. November 2021.
  17. P. L. Kapitza: On the nature of ball-lightning. Übersetzung aus dem Russischen. In: Collected Papers of Kapitza. Vol. 2. Pergamon Press, London 1965, S. 776–780.
  18. P. H. Handel: Maser-Caviton Ball Lightning Mechanism. Proc. VIII Int. Conf. on Atmospheric Electricity, Institute of High Voltage Research, Uppsala University Press, Uppsala, Sweden, 1988, S. 177–182.
  19. ↑ Y. H. Ohtsuki, H. Ofuruton: Plasma fireballs formed by microwave interference in air. In: Nature. Nr. 350, 1991, S. 139–141, doi:10.1038/350139a0.
  20. A. F. Ranada, M. Soler, J. L. Trueba: Ball lightning as a force-free magnetic knot. In: Physical review. E, Statistical physics, plasmas, fluids, and related interdisciplinary topics. Band 62, Nummer 5 Pt B, November 2000, S. 7181–7190, PMID 11102074.
  21. J. Peer, A. Kendl: Transcranial stimulability of phosphenes by long lightning electromagnetic pulses. In: Physics Letters A. Band 374, Nr. 29, 2010, S. 2932–2935, doi:10.1016/j.physleta.2010.05.023.
  22. Harald Pokieser, Manfred Christ: Universum. Die Waffen der Götter. ORF, 1995, 50 Minuten.

Literatur Bearbeiten

  • Max Toepler: Ueber die Abhängigkeit des Charakters elektrischer Dauerentladung in atmosphärischer Luft von der dem Entladungsraume continuirlich zugeführten Elektricitätsmenge, nebst einem Anhange zur Kenntnis der Kugelblitze. Annalen der Physik 307 (7), 1900, S. 560–635.
  • K. Berger: Kugelblitz und Blitzforschung. Naturwissenschaften 60 (11), 1973, S. 485–492, ISSN 0028-1042.
  • Mark Stenhoff: Ball Lightning: An Unsolved Problem in Atmospheric Physics. Springer, 1999, ISBN 978-0-306-46150-7.
  • Alexander Kendl: Kugelblitze – Ein Phänomen zwischen Physik und Folklore. Skeptiker 14, 2/2001, S. 65–69, ISSN 0936-9244.
  • Ute Ebert: Kugelblitz ohne Plasma? (PDF; 168 kB). Physik Journal 6, 2007, S. 18–19, ISSN 1617-9439.
  • Walther Brand: Der Kugelblitz. Verlag Henri Grand, Hamburg, 1923.
  • Walther Brand: Der Kugelblitz. Nachdruck, Verlag Norbert Kessel, 2010, ISBN 978-3941300330.
  • Herbert Boerner: Ball Lightning. Springer, 2019, ISBN 978-3-0302-0782-3.
  • Herbert Boerner: Der Kugelblitz. Springer, 2022, ISBN 978-3-031-19370-5

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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig Weitere Bedeutungen sind unter Kugelblitz Begriffsklarung aufgefuhrt Als Kugelblitz bezeichnet man eine kugelformige Leuchterscheinung meist in der Nahe eines Gewitters Fur das seltene Phanomen gibt es Berichte von Augenzeugen die Kugelblitze nicht nur im Freien sondern auch in geschlossenen Raumen beschreiben Physikalische Demonstrationsexperimente decken nur Teilaspekte ab manche Beobachtungen werden auch durch Sinnestauschung erklart Darstellung eines Kugelblitzes aus dem 19 JahrhundertInhaltsverzeichnis 1 Beschreibung 2 Ursachen und Experimente 2 1 Stand der Forschung 2 2 Experimente mit kunstlich erzeugten Blitzen 2 3 Silicium Wolken 2 4 Einschlag in Wasserpfutzen 2 5 Stehende Wellen und Maser 2 6 Elektromagnetischer Knoten 2 7 Weitere physikalische Hypothesen 2 8 Physiologische Erklarungsansatze 2 9 Kunstliche Effekte 3 Quellenangaben 4 Literatur 5 WeblinksBeschreibung Bearbeiten nbsp Globe of Fire Descending into a Room von Dr G HartwigExperten und Laien sammeln seit langem Augenzeugenberichte und werten sie aus Laut Augenzeugen treten die seltenen Erscheinungen plotzlich auf im Freien und auch in geschlossenen Raumen uberwiegend in Bodennahe Die Phanomene werden als schwebende selbstleuchtende und undurchsichtige Lichtobjekte beschrieben Sie strahlen keine Warme ab und treten in zahlreichen Farben und Grossen auf Die Form wird als spharisch kugelformig eiformig oder stabahnlich beschrieben Die erste grundliche Zusammenstellung und Untersuchung von Kugelblitz Beobachtungen wurde von Walther Brand 1923 veroffentlicht 1 Brand selektierte 215 Falle aus mehr als 600 deren Beschreibung genugend Information fur eine Analyse enthielt und die ihm glaubhaft erschienen Das Buch enthalt eine Zusammenstellung der Eigenschaften der Objekte Im Original ist es lange vergriffen aber ein Nachdruck ist erhaltlich 2 Ende 2022 wurde das zweite Buch auf Deutsch uber Kugelblitze veroffentlicht das den Stand der Forschung beschreibt und 27 Originalberichte von Kugelblitz Sichtungen enthalt 3 Charakteristisch in der Beschreibung ist die Beweglichkeit dieser Erscheinungen Innerhalb von zwei bis acht maximal 30 Sekunden andern sie oft ihre Richtung offenbar nicht vom Wind getragen sondern orientiert an sichtbaren Objekten Dabei durchdringen sie laut Augenzeugenberichten auch feste Hindernisse unverandert und oft ohne Spuren zu hinterlassen Regen fallt unbeeinflusst hindurch Manche Zeugen berichten von Funkenschlag oder von einem Ende mit lautem Knall der teilweise auch Verletzungen und Beschadigungen verursacht haben soll Manche Beschreibungen ahneln sehr stark denen von anderen Phanomenen wie von UFOs oder Foo Fightern Ursachen und Experimente BearbeitenStand der Forschung Bearbeiten Es wurde trotz Bemuhungen von Experten verschiedener Fachrichtungen wie Meteorologen Elektrotechnikern Physikern und Chemikern bisher keine einheitliche naturwissenschaftlich anerkannte Erklarung fur die verschiedenen Beobachtungen und Berichte gefunden Eine besondere Herausforderung ist dabei die fur das anhaltende Leuchten notwendige Speicherung von Energie mit der Leichtigkeit der Bewegung zu verbinden Mark Stenhoff bietet eine Zusammenfassung des Forschungsstandes bis 1999 4 die neueren Erkenntnisse bis 2019 sind in der englischen Version des Buchs von Herbert Boerner enthalten 5 Die deutsche Version des Buches 3 enthalt weitere Informationen zu den Bedingungen unter denen Kugelblitze entstehen und unter anderem einen Originalbericht einer Beobachtung des deutschen Physikers Walther Gerlach 6 Experimente mit kunstlich erzeugten Blitzen Bearbeiten Nikola Tesla hat als Erster energiereiche kunstliche Blitze erzeugt und berichtet in seinen Aufzeichnungen von Kugelblitzen in seinem Labor 7 Silicium Wolken Bearbeiten Eine im Jahr 2000 von John Abrahamson und James Dinniss in Neuseeland vorgestellte Hypothese postuliert dass Kugelblitze nichtelektrischer Natur sind jedoch durch Blitzeinschlag ins Erdreich entstehen Dabei werde Siliciumdioxid aus Sand oder Kieselerde in Silicium und Sauerstoff zerlegt Wahrend der Sauerstoff im Erdreich mit Kohlenstoff reagiere trete das Silicium als Dampf oder Aerosol aus dem Blitzkanal aus und werde durch Luftsauerstoff langsam oxidiert wodurch es leuchte Die Siliciumpartikelwolke sei durch Selbstorganisation auf Grund ihrer Ladung in der Lage eine kugelahnliche Form anzunehmen Es sei daher moglich dass sie sich nach Durchdringen einer kleinen Offnung wieder zusammenfinde 8 Diese Hypothese wurde in Brasilien an der Universidade Federal de Pernambuco von Antonio Pavao und Gerson Paiva nachgepruft indem Siliciumplattchen elektrisch verdampft und die Silicium Luft Mischung per Funkenentladung entzundet wurde Farbe Temperatur und Lebensdauer 8 Sekunden der tischtennisballgrossen Siliciumdampfballe entsprachen dabei den Zeugenaussagen soweit diese bei einem seltenen Kurzzeitphanomen exakt sind 9 Ein wissenschaftlicher Bericht dazu ist 2007 in den Physical Review Letters erschienen 10 nbsp Spektrum des 2012 beobachteten Kugelblitzes2012 wurde diese Hypothese durch die zufallige Beobachtung eines Kugelblitzes mittels Spektrometern erhartet Wahrend eines Gewitters im Kreis Datong konnte ein Kugelblitz mit 5 m Durchmesser der in 1 6 Sekunden ca 15 m zurucklegte aus 900 m Entfernung von chinesischen Wissenschaftlern beobachtet und aufgezeichnet werden Position 37 013473 101 62008 2530 Im Spektrum des Kugelblitzes konnten Silicium Eisen und Calcium nachgewiesen werden alles Elemente die auch reichlich im Boden vorkamen 11 12 Einschlag in Wasserpfutzen Bearbeiten Eine andere Hypothese stammt vom deutschen Plasmaphysiker Gerd Fussmann von der Berliner Humboldt Universitat Er hat 2008 mit einem recht einfachen Versuchsaufbau eine Leuchterscheinung erzeugt die den Beschreibungen eines Kugelblitzes ahnelt Dabei fullte er ein Gefass mit Wasser setzte zwei Elektroden ein und legte fur den Bruchteil einer Sekunde eine Spannung von 5 kV an Fur etwa eine halbe Sekunde entstand dabei ein Gebilde das er als Kugelblitz deutete Daraus schloss er dass Kugelblitze in der Natur durch normale Blitzeinschlage in Wasserpfutzen entstehen konnten 13 14 15 nbsp Experimentell produzierter Plasmoid an WasserpfutzeSeine Arbeit basiert auf derjenigen an der er im Jahre 2006 als Leiter der gemeinsamen Arbeitsgruppe Plasmaphysik des Garchinger Max Planck Instituts fur Plasmaphysik IPP und der Berliner Humboldt Universitat HUB beteiligt war Damals erzeugten die Wissenschaftler uber einer Wasseroberflache leuchtende kugelblitzahnliche Plasmaballe die Lebensdauern von knapp einer halben Sekunde und Durchmesser von 10 cm bis 20 cm besassen Dabei tauchten in ein mit Salzwasser gefulltes Becherglas zwei Elektroden ein wobei eine Elektrode durch ein Tonrohrchen das etwas aus der Wasseroberflache herausragte vom umgebenden Wasser isoliert war Wurde uber eine Kondensatorbatterie von 0 5 mF eine Hochspannung von 5 kV angelegt so floss fur 0 15 Sekunden ein bis zu 60 Ampere starker Strom durch das Wasser Durch einen Uberschlag vom Wasser aus gelangte der Strom in das Tonrohrchen wobei das dort enthaltene Wasser verdampfte Nach dem Stromimpuls zeigte sich ein leuchtendes Plasmoid aus ionisierten Wassermolekulen 16 Stehende Wellen und Maser Bearbeiten Eine weitere Hypothese wurde 1955 vom russischen Physiker Pjotr Kapiza aufgestellt Er rechnete die Lebensdauer einer nuklearen Explosionswolke auf die von Kugelblitzen angenommenen Dimensionen herunter und erhielt fur einen Feuerball von 10 cm Durchmesser eine Lebensdauer von weniger als 10 Millisekunden Da Kugelblitze meist mehrere Sekunden lang beobachtet werden kam er zu dem Schluss dass sie extern gespeist werden mussen und eine intern ablaufende Reaktion gleich welcher Art fur den Energiebedarf nicht ausreicht Darauf entwickelte er die Hypothese dass sich wahrend eines Gewitters stehende elektromagnetische Wellen zwischen Himmel und Erde ausbilden und an den Schwingungsbauchen Kugelblitze entstehen 17 Kapiza ging jedoch nicht auf die Problematik ein dass es eine Reihe von Schwingungsbauchen gibt und welche Bedingungen einen bestimmten Schwingungsbauch zum Kugelblitz werden lassen Um einen Ort bevorzugter Energieabgabe zu bilden muss das dort befindliche Gas im Vergleich zur Umgebungsluft zumindest schwach ionisiert leitfahig sein und es ist unklar wie sich eine solche Anfangsionisation ausbilden kann Als theoretisches Beispiel sei eine heisse Luftblase genannt denn die Ionisierung von Luft steigt mit der Temperatur an Wenn eine solche Luftblase dadurch mehr Energie erhielte fuhrte das zu einem weiteren Anstieg der Temperatur und damit zu einem sich selbst aufschaukelnden Prozess Peter Handel hat die Hypothese mit dem Vorschlag eines atmospharischen Masers ausgebaut Wenn das Volumen eines Masers gross genug ist mehrere Kubikkilometer konnten durch alleiniges Pumpen was bei kleinen Masern normalerweise zur sofortigen Dissipation der Energie fuhrt genugend Molekule in einen angeregten Zustand versetzt werden Handel hat gezeigt dass es Soliton losungen innerhalb des Masers gibt das heisst eine stabile stehende Welle im nichtlinearen Medium deren Energie vom Maser eine Zeitlang aufrechterhalten wird 18 Die Entstehung und die Bewegung der Kugelblitze ware damit an den Ort der Energieabgabe gebunden deshalb stiegen sie im Gegensatz zum gewohnlichen Plasma nicht auf und waren gegen Wind unempfindlich Sofern Baustoffe von Gebauden fur Mikrowellen durchlassig sind was zumeist der Fall ist konnten derartige Kugelblitze diese durchaus durchdringen Von Ohtsuki und Ofuruton durchgefuhrte Experimente mit starken Mikrowellensendern lieferten Plasmaballe mit vergleichbaren Dimensionen und Lebensdauern die Balle konnten sich gegen den Wind bewegen und scheinbar eine 3 cm dicke Keramikplatte durchdringen 19 siehe Abschnitt Kunstliche Effekte Elektromagnetischer Knoten Bearbeiten A F Ranada Madrid geht von einem topologischen Modell einem sogenannten elektromagnetischen Knoten aus Ein elektromagnetischer Knoten ist definiert als Vakuum Losung der Maxwellschen Gleichungen mit der Eigenschaft dass alle elektrischen und magnetischen Feldlinien geschlossen sind Entsprechend dieser Hypothese besteht das Volumen des Kugelblitzes nicht vollstandig aus Plasma sondern aus ineinanderhangenden Plasmaschlauchen die sich gegenseitig magnetisch und hydrodynamisch stabilisieren und Eigenschaften von etwa 10 s Lebensdauer sowie eine Netto Abstrahlung von etwa 100 W bei einer Gesamtenergie von etwa 20 kJ ohne externe Energiezufuhr zulassen wie durch entsprechende elektrodynamische Modellrechnungen auf der Grundlage der Alfvenschen und Maxwellschen Gleichungen gezeigt werden konnte Dabei werde der Hauptteil der Energie nicht durch das Plasma der Blitzentladung sondern als magnetische Feldenergie gespeichert wobei magnetische Flussdichten von 0 5 T bis 2 T angenommen werden 20 Weitere physikalische Hypothesen Bearbeiten Es gibt viele weitere Hypothesen Hochspannungsentladungen bei denen kleine lt 1 cm hupfende Feuerballe entstehen die Bildung anderer zundfahiger Gase oder Aerosole sogenannte diffusive Verbrennung oder Zuhilfenahme esoterischer Energiequellen Unklar und unbewiesen bleibt bei allen geschilderten Experimenten ob die erzeugten kugelformigen Gebilde irgendetwas mit den von Augenzeugen beschriebenen Kugelblitzen zu tun haben Physiologische Erklarungsansatze Bearbeiten Es gibt Forscher die der Meinung sind die beobachteten Kugelblitze seien nur eine optische Tauschung Wird das Auge kurzzeitig stark geblendet so sieht man noch einige Sekunden lang einen Lichteffekt Bewegt man die Augen kann der Eindruck entstehen eine Lichtkugel fliege durch den Raum Dieser Annahme widersprechen haufige Berichte dass Kugelblitze nicht uberaus hell waren und fur Lichteffekte untypisch lange beobachtet werden konnten Wissenschaftler der Universitat Innsbruck vermuten dass es sich bei den beschriebenen Kugelblitzen um vom Gehirn erzeugte Eindrucke sogenannte Phosphene handelt Diese Halluzinationen sollen durch die elektromagnetischen Felder bei Blitzeinschlagen entstehen konnen indem die Neuronen im Gehirn angeregt werden 21 Kunstliche Effekte Bearbeiten Andere Effekte lassen sich mit einer permanenten Energiezufuhr durch Mikrowellen erzeugen Japanische Forscher kreuzten die Strahlen von leistungsstarken Magnetrons 2 45 GHz 5 kW um in freier Luft abseits der Quellen also scheinbar schwebend eine elektrische Feldstarke zu erzeugen die ausreichte eine Gasentladung zu zunden 22 Dieser Plasmaball hatte eine passende Grosse und Lichtemission und konnte scheinbar eine Keramikplatte durchdringen ohne diese zu beschadigen Tatsachlich durchdrangen lediglich die Mikrowellen die Platte und zundeten dahinter erneut eine Entladung Das Plasma erlosch sofort nach Abschalten der Mikrowelle 19 Quellenangaben Bearbeiten Walther Brand Der Kugelblitz Verlag Henri Grand Hamburg 1923 Walther Brand Der Kugelblitz Nachdruck Verlag Norbert Kessel 2010 ISBN 978 3941300330 a b Herbert Boerner Der Kugelblitz Springer 2022 ISBN 978 3 03119370 5 Mark Stenhoff Ball Lightning An Unsolved Problem in Atmospheric Physics Springer 1999 ISBN 978 0 306 46150 7 Herbert Boerner Ball Lightning Springer 2019 ISBN 978 3 0302 0782 3 Walther Gerlach Uber die Beobachtung eines Kugelblitzes In Die Naturwissenschaften Band 25 1927 S 522 Nikola Tesla Colorado Springs Notes S 368 370 John Abrahamson James Dinniss Ball lightning caused by oxidation of nanoparticle networks from normal lightning strikes on soil In Nature Nr 403 2000 S 519 521 doi 10 1038 35000525 Zur Hypothese von Abrahamson und Dinniss siehe auch Klima und Wetter Das Ratsel um die Kugelblitze Memento vom 10 Juni 2010 im Internet Archive In Wissenschaft de Bild der Wissenschaft 4 Februar 2000 abgerufen am 28 November 2021 Zum experimentellen Nachweis von Siliciumdampfballen Wie man Kugelblitze macht In Wissenschaft de Bild der Wissenschaft 11 Januar 2007 abgerufen am 12 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BearbeitenMax Toepler Ueber die Abhangigkeit des Charakters elektrischer Dauerentladung in atmospharischer Luft von der dem Entladungsraume continuirlich zugefuhrten Elektricitatsmenge nebst einem Anhange zur Kenntnis der Kugelblitze Annalen der Physik 307 7 1900 S 560 635 K Berger Kugelblitz und Blitzforschung Naturwissenschaften 60 11 1973 S 485 492 ISSN 0028 1042 Mark Stenhoff Ball Lightning An Unsolved Problem in Atmospheric Physics Springer 1999 ISBN 978 0 306 46150 7 Alexander Kendl Kugelblitze Ein Phanomen zwischen Physik und Folklore Skeptiker 14 2 2001 S 65 69 ISSN 0936 9244 Ute Ebert Kugelblitz ohne Plasma PDF 168 kB Physik Journal 6 2007 S 18 19 ISSN 1617 9439 Walther Brand Der Kugelblitz Verlag Henri Grand Hamburg 1923 Walther Brand Der Kugelblitz Nachdruck Verlag Norbert Kessel 2010 ISBN 978 3941300330 Herbert Boerner Ball Lightning Springer 2019 ISBN 978 3 0302 0782 3 Herbert Boerner Der Kugelblitz Springer 2022 ISBN 978 3 031 19370 5Weblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Kugelblitz Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen nbsp Commons Kugelblitz Album mit Bildern Wolf Dieter Roth Brennender Sand Ratsel um Kugelblitze moglicherweise gelost Bei heise de 11 Januar 2007 abgerufen am 28 November 2021 Alexander Keul Kugelblitz Fakten zum Phanomen und ein Aufruf Beobachtungen zu melden Bei Kugelblitz at 3 Juli 2023 abgerufen am 3 Juli 2023 Ball lightning bibliography di Albino Carbognani Memento vom 19 Dezember 2013 im Internet Archive Bibliographie wissenschaftlicher Literatur bis 1999 Volker Mrasek Luftfahrt Sicherheit Forscher legen Kugelblitzstatistik vor Bei Spiegel de 16 April 2009 abgerufen am 28 November 2021 Ilka Lehnen Beyel Von Kugel und Geistes Blitzen Auf Wissenschaft de 18 Mai 2010 abgerufen am 28 November 2021 Thomas Buhrke Kugelblitze aus dem Wasserglas Kugelblitzen mit Experimenten auf der Spur Bei WeltDerPhysik de 8 Juli 2008 abgerufen am 18 September 2014 Eric W Davis Ball Lightning Study Memento vom 26 Oktober 2010 im Internet Archive PDF 861 kB englisch 24 Februar 2003 Lutz Reidt Der Kugelblitz Naturphanomen oder Hirngespinst Memento vom 4 Marz 2016 im Internet Archive MP3 21 0 MB 22 Minuten in der Sendereihe Bayern 2 radioWissen des Bayerischen Rundfunks vom 18 April 2013 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Kugelblitz amp oldid 238704586