Das Klangbild vom Donner: "Ein Bild, das man sich über den Kamin hängen könnte"

Scinexx
Do, 07 Mai 2015 17:37 UTC

Forscher wandeln Geräusch des Blitzschlags in charakteristisches Klangbild umBlitze leuchten, Donner grollt - und nicht umgekehrt. Aber was man bei Gewitter normalerweise nur hört, haben US-Forscher nun auch sichtbar gemacht: Sie haben Blitzschläge gezielt ausgelöst und den Donner mit Mikrophonen belauscht, um dann in Bildern eine akustische Signatur der Blitze zu erstellen. Die mysteriösen Einzelschritte, die zum Blitzschlag führen, wollen sie so voneinander trennen und besser verstehen.

Künstlich ausgelöster Blitzschlag: Der verwendete Kuperdraht glüht grünlich, die insgesamt neun Blitzentladungen links davon leuchten violett.

"Donner und Blitz sind faszinierend, wild und unvorhersehbar", schwärmt der Geophysiker Maher Dayeh vom Southwest Research Institute in Texas. "Blitze treffen die Erde mehr als vier Millionen Mal am Tag, aber die Physik hinter diesem hitzigen Prozess verstehen wir nur wenig." Ein generelles Modell existiert zwar darüber, was vom Blitz zum Donner führt. Welche der vielschichtigen physikalischen Vorgänge bei der Entladung eines Blitzes genau den Donner verursachen, ist aber bislang schleierhaft.

Denn Blitze bestehen nicht nur aus dem leuchtenden Einschlag, den wir sehen. Stattdessen fließen in einer Gewitterwolke ganze Kaskaden elektrischer Ladung hin und her und nähern sich schrittweise dem Boden. Dies öffnet gewissermaßen einen Pfad für einen "Rückschlag", der den für uns sichtbaren Blitz bildet.

Rakete in die Gewitterwolke

Wie wir den Donner hören, hängt stark von der Entfernung ab: Aus der Nähe klingt Donner wie ein kurzer, scharfer Knall, der erst mit der Distanz zum bekannten Donnergrollen wird. Aus diesen Geräuschen wollen Dayeh und seine Kollegen mehr über Blitze erfahren: Sie belauschen das Gewitter. Dazu verwenden sie einen Aufbau von fünfzehn Mikrophonen, die bis zu 95 Meter entfernt von einem Blitzeinschlag stehen.

Allerdings wäre es ein Glücksspiel mit schlechten Karten, auf einen Einschlag genau ins Zentrum dieses Aufbaus zu warten: Blitze sind sprichwörtlich unvorhersehbar - das ist einer der Gründe, weshalb sie so wenig erforscht sind. "Wegen ihrer unberechenbaren Natur untersucht man diese Phänomene am besten mit ausgelösten Ereignissen", erklärt Dayeh. Dazu schießen die Forscher mit einer kleinen Rakete einen Kupferdraht in eine Gewitterwolke. Das untere Ende des Drahtes ist im Zentrum der Mikrophone geerdet. Der leitfähige Draht bildet so den Pfad für die elektrische Entladung.

Donner sieht aus wie moderne Kunst

Mit entsprechender Signalverarbeitung lassen sich die aufgezeichneten Schallwellen der Donnerschläge dann sichtbar machen. "Zuerst dachte ich, das Experiment hätte nicht funktioniert", berichtet Dayeh über die ersten Ergebnisse. "Die erstellten Bilder sahen aus wie ein buntes Stück moderne Kunst, das man sich über den Kamin hängt." Erst ein Blick auf die höheren Klangfrequenzen brachte Klarheit: Nachdem die Physiker diese Frequenzen isoliert und verstärkt hatten, ergab sich ein klares Klang-Profil der Blitzeinschläge.

© Southwest Research Institute

Jede einzelne Entladung während des Blitzes liefert eine charakteristische Signatur.

Mit dieser Technik können die Forscher nun charakteristische Signaturen der Blitze im erzeugten Donner aufzeichnen. In weiteren Experimenten wollen sie Teile dieser Signaturen den verschiedenen Prozessen während des Blitzeinschlags zuordnen. So könnten sich bald einzelne Spannungspulse und Schritte auf dem Weg der Entladung unabhängig voneinander hörbar und sichtbar machen lassen.

(Southwest Research Institute, 07.05.2015 - AKR)