Kugelblitz

Was gesichert ist

A dokumentiert Im Juli 2012 zeichnete eine Gruppe um Jianyong Cen, Ping Yuan und Simin Xue während einer Gewitterkampagne in der chinesischen Provinz Qinghai zufällig einen natürlichen Kugelblitz auf — gleichzeitig mit Hochgeschwindigkeitsvideo und mit einem spaltlosen Spektrografen. Die Arbeit erschien am 17. Januar 2014 in Physical Review Letters 112, 035001.

A dokumentiert Die Kugel entstand rund 900 Meter von den Instrumenten entfernt unmittelbar nach einem Wolke-Erde-Blitzeinschlag.

A dokumentiert Ihr scheinbarer Durchmesser lag bei etwa fünf Metern, sie bewegte sich mit rund 8,6 Metern pro Sekunde, bestand gut 1,5 Sekunden und wechselte die Farbe von violettweiß über orange und weiß zu rot.

A dokumentiert Das Spektrum zeigte über die gesamte Lebensdauer Emissionslinien von Silizium, Eisen und Calcium — den Hauptbestandteilen des Erdbodens am Einschlagsort.

A dokumentiert Damit ist der Kugelblitz als physikalisches Phänomen instrumentell dokumentiert. Die frühere pauschale Deutung als Sinnestäuschung ist als Erklärung für alle Fälle nicht mehr haltbar.

Chronologie

• 1638 — Zeitgenössische Schilderungen des Unwetters von Widecombe-in-the-Moor beschreiben eine Feuerkugel in der Kirche; einer der ältesten oft zitierten Berichte. B
• 1955 — Pjotr Kapiza schlägt vor, Kugelblitze könnten durch stehende Mikrowellen in einem Hohlraum entstehen. B
• 2000 — John Abrahamson und James Dinniss veröffentlichen in Nature das Modell des verdampften Silikats. A
• 2007 — Eine brasilianische Gruppe um Antônio Paiva erzeugt in Physical Review Letters leuchtende Kugeln aus Silizium durch elektrische Entladungen an Siliziumwafern. A
• Juli 2012 — Zufällige Spektralaufnahme eines natürlichen Kugelblitzes in Qinghai. A
• 17. Januar 2014 — Publikation der Messung in Physical Review Letters. A

Die Quellenlage

Bis 2012 bestand die Quellenlage fast ausschließlich aus Augenzeugenberichten. Es gibt Tausende davon, über Jahrhunderte, aus allen Weltgegenden, und sie sind erstaunlich konsistent: eine Kugel von Faust- bis Metergröße, Sekunden bis wenige Minuten Bestand, oft im Zusammenhang mit einem Blitzeinschlag, häufig mit einem Geräusch beim Verlöschen.

Konsistenz ist aber kein Beleg. Berichte können sich gegenseitig prägen, und der britische Physiker Roger Jennison, der 1963 in einem Verkehrsflugzeug eine leuchtende Kugel durch die Kabine ziehen sah und das später publizierte, ist trotz seiner Qualifikation ein Zeuge und kein Messgerät. B Der Bruch von 2012 liegt genau hier. Zum ersten Mal existiert nicht ein Bericht über ein Leuchten, sondern eine Aufzeichnung seines Lichts. Ein Spektrum lässt sich nicht überreden. Es sagt, welche Elemente in der leuchtenden Materie angeregt waren — unabhängig davon, was der Beobachter gesehen zu haben meint.

Die Einschränkung dieser Quelle ist ebenso deutlich: Es ist ein einziger Fall. Alles, was aus ihm folgt, folgt aus einem Ereignis von 1,5 Sekunden Dauer.

Was behauptet wird

C behauptet Kugelblitze schwebten durch geschlossene Fenster, folgten Menschen durch Räume oder wanderten Flugzeugkabinen entlang. Solche Berichte existieren in großer Zahl, sind aber einzelfallbasiert und messtechnisch nicht abgesichert. Die Messung von 2012 sagt zu ihnen nichts.

C behauptet Kugelblitze seien ein paranormales oder unbekanntes Naturphänomen jenseits der Physik. Das Gegenteil ist der Fall: Sie sind messbar, und was gemessen wurde, besteht aus gewöhnlichem Bodenmaterial.

C behauptet Der Fall sei mit der Publikation von 2014 abgeschlossen. Die Autoren selbst erheben diesen Anspruch nicht.

Erklärungsansätze

Verdampftes Silikat. John Abrahamson und James Dinniss schlugen im Jahr 2000 vor, ein Blitzeinschlag verdampfe Bodenmaterial und reduziere dabei Siliziumdioxid zu feinsten Silizium-Partikeln. Diese bilden ein Aerosol, das an der Luft langsam nachoxidiert — die Kugel leuchtet also nicht, weil Energie in ihr gespeichert ist, sondern weil sie brennt. Das Modell erklärt Größe, Lebensdauer und Farbwechsel. Die Messung von 2012 ist der bislang stärkste Beleg dafür: Genau die Elemente, die das Modell fordert — Silizium, Eisen, Calcium —, waren im Spektrum vorhanden, und zwar über die gesamte Lebensdauer. A Der Laborbefund. 2007 erzeugte eine brasilianische Gruppe um Antônio Paiva durch elektrische Entladungen an Siliziumwafern frei bewegliche Leuchtkugeln, die sekundenlang bestanden. Das ist keine Nachbildung eines Gewitters, aber ein Nachweis, dass der postulierte Weg physikalisch funktioniert. A Die Konkurrenz. Der Silikat-Weg ist ein Mechanismus, nicht der Mechanismus. In der Tradition von Pjotr Kapiza werden Modelle vertreten, nach denen elektromagnetische Energie in einem Hohlraum gefangen bleibt und ein Plasma speist; andere beschreiben die Kugel als langlebige Entladungserscheinung oder als geladene Aerosolstruktur. Diese Modelle erklären Eigenschaften, die das Silikat-Modell schlecht erklärt — insbesondere Berichte über Kugelblitze im Inneren von Gebäuden und Flugzeugen, weit entfernt von jedem Boden. B Warum kein Modell gewinnt. Es gibt zu wenig Daten. Ein einziges Spektrum entscheidet nicht zwischen Modellen, die sich in Randbedingungen unterscheiden. Solange Kugelblitze zufällig auftreten und Messkampagnen jahrelang leer ausgehen, bleibt die Auswahl zwischen den Modellen eine Frage der Plausibilität, nicht der Messung.

Was widerlegt ist

D widerlegt Die pauschale Erklärung, Kugelblitze seien Nachbilder auf der Netzhaut oder Halluzinationen von Gewitterzeugen, ist als allgemeine Erklärung nicht mehr haltbar. Das Ereignis von 2012 wurde von Instrumenten aufgezeichnet, die kein Nachbild haben.

Was nachgeprüft wurde

A dokumentiert Die Messung von 2012 ist unabhängig von der Interpretation prüfbar: Video und Spektrum liegen der Publikation zugrunde und wurden im Begutachtungsverfahren von Physical Review Letters geprüft.

A dokumentiert Das Silikat-Modell wurde vor der Naturbeobachtung im Labor getestet und bestand diesen Test — die Reihenfolge ist wichtig, weil die Vorhersage vor dem bestätigenden Befund lag.

B berichtet Systematische Messkampagnen zu Kugelblitzen laufen seit Jahrzehnten. Der Ertrag ist gering, was weniger über das Phänomen aussagt als über seine Seltenheit und Unvorhersagbarkeit.

Was offen bleibt

Ein Fall ist keine Statistik. Ob alle Kugelblitze so entstehen wie der von Qinghai, ist unbekannt. Möglicherweise fasst der Begriff mehrere verschiedene Phänomene zusammen, die nur gemeinsam haben, dass sie rund sind und leuchten.

Unerklärt bleiben insbesondere die Berichte aus geschlossenen Räumen. Wenn eine Kugel aus verdampftem Boden besteht, ist schwer zu sehen, wie sie in eine Flugzeugkabine gelangt. Entweder sind diese Berichte falsch, oder es gibt mehr als einen Entstehungsweg. Beides ist möglich, keines ist bestätigt erklärt.

Offen ist schließlich die Energiefrage. Berichte über Kugelblitze, die Glas schmelzen oder Menschen verletzen, verlangen deutlich mehr Energie, als ein nachbrennendes Aerosol liefert. Sie stammen aus Zeugenaussagen, nicht aus Messungen — und genau deshalb lässt sich mit ihnen nichts entscheiden.

Quellen

• Jianyong Cen, Ping Yuan, Simin Xue: Observation of the Optical and Spectral Characteristics of Ball Lightning. Physical Review Letters 112, 035001 (17.01.2014)
• Physics (APS): Ball Lightning Caught on Camera. physics.aps.org/articles/v7/5
• John Abrahamson, James Dinniss: Ball lightning caused by oxidation of nanoparticle networks from normal lightning strikes on soil. Nature 403 (2000)
• Antônio Paiva u. a.: Production of Ball-Lightning-Like Luminous Balls by Electrical Discharges in Silicon. Physical Review Letters 98 (2007)