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.

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.

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