Laserstrahl als Blitzableiter

Die Zähmung des Himmels

Von Andreas Frey
10.08.2021
, 20:54
Terawatt-Laserpulse trainieren auf dem  Säntis in der Ostschweiz an harmlosem Gewölk.  Denn noch fehlt  ein zünftiges Gewitter.
Mit intensiven Laserstrahlen könnte man Gewitterblitze ableiten, bevor sie irgendwo einschlagen. Ein Ortstermin im Hochgebirge zu einem spektakulären Experiment.
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An diesem Julitag meint es das Wetter nicht gut mit Jean-Pierre Wolf. Die Sonne lacht geradezu höhnisch vom azurblauen Himmel, der Wind ist zu einem Lüftchen verkümmert – weit und breit nichts von dem, was der Genfer Physikprofessor herbeisehnt. Dunkle Wolken brauchte er hier oben auf dem Säntis, Donner, Blitz und Rambazamba. Aber seit Wochen machen die Gewitter einen großen Bogen um den sagenhaften Berg, der mit seinen 2502 Metern aus der Ostschweiz herausragt. Nirgendwo in der Schweiz ist es nasser, nirgendwo schlägt der Blitz häufiger ein – normalerweise knallt es rund 400-mal pro Jahr. Doch nicht in diesen Wochen: null Gewitter, null Blitze, es ist wie verhext. Überall in Europa gehen heftige Gewitter nieder, nur nicht auf dem Berg der Blitze.

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Nun ist auch Jean-Pierre Wolf keiner, der sich über Extremwetter freut, wie sie zur selben Zeit in Westdeutschland ganze Ortsteile wegspülen. Aber er ist nun einmal hier oben, um Blitzen aufzulauern. Mit einer Laserkanone will er auf Gewitterwolken schießen, um die Blitze kontrolliert abzuleiten. Gut 270 Jahre nach Benjamin Franklin hat er damit einen neuen Blitzableiter erfunden. „Laser Lightning Rod“ heißt das von der EU geförderte Projekt. Wolfs Mission ist nichts weniger als eine Zähmung des Himmels, eine Manipulation des Wetters mit dem Ziel, Flughäfen, Windparks oder Sportevents zu schützen.

Frühere Versuche misslangen

Wegen der besonderen Gewitterneigung auf dem Säntis hat Jean-Pierre Wolf diesen Berg für sein einzigartiges Experiment ausersehen, auf dem schon seit vielen Jahren Blitzforschung betrieben wird. Er selbst hat ebenfalls eine lange Beziehung zu dem Thema und seinen Tücken. Vor 16 Jahren schon wollte er Blitze zum Boden ableiten, damals im amerikanischen Bundesstaat New Mexico, mit einer anderen, noch nicht so weit entwickelten Lasertechnik. Aber dann zeigten sich kaum Gewitter, und der Versuch misslang, der Laser versagte. Auch das große Laserexperiment auf dem Säntis hätte schon früher starten sollen, aber dann kam die Corona-Pandemie.

Per Hubschrauber wurde der Container mit dem Hochleistungslaser auf den Säntis gebracht.
Per Hubschrauber wurde der Container mit dem Hochleistungslaser auf den Säntis gebracht. Bild: Universität Genf, V. Moreno

Im Frühjahr schließlich war das Wetter so lange schlecht, dass die Hubschrauber nicht fliegen konnten, um die tonnenschwere Ausrüstung auf den Berg zu bringen. Während der Installation des Laboratoriums im Juni zog ein Gewitter nach dem anderen durch, aber da war der Laser noch nicht schussbereit. Seit Anfang Juli ist er nun scharf, aber der Himmel ziert sich. „Es hat noch nicht geklappt“, lautet Wolfs knappe Bilanz an diesem Nachmittag.

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Nun heißt es also warten – wieder einmal. Der Herr der Blitze steht jetzt auf der Terrasse, die Sonne knallt ihm ins Gesicht, hinter ihm beginnt der Abgrund. Aber Jean-Pierre Wolf ist keiner, der sich die Laune verderben lässt. Mit T-Shirt und Sonnenbrille könnte man den 61-jährigen Franzosen für einen Touristen halten. Federnden Schrittes bewegt er sich auf einen weißen Container zu, aus dem der Laserstrahl in den Himmel feuern wird.

Wolken unter Dauerfeuer

Im Container haben die Forscher verschiedene Spiegel in Position gebracht, die den Laserstrahl in Richtung Himmel lenken sollen. Das eigentliche Laserlabor befindet sich in der Wissenschaftsstation daneben, die der Schweizer Rundfunkanbieter Swisscom nutzt und wo das Experiment seinen Anfang nehmen wird. Entwickelt hat den Laser Clemens Herkommer von der Firma TRUMPF in Ditzingen bei Stuttgart, Wolfs Projektpartner. Vier Jahre hat der 31 Jahre alte Ingenieur damit verbracht, einen Laser zu bauen, der den Anforderungen dieses Experiments genügt.

In diesen Containern wurde der Laser und die Gerätschaften auf den Gipfel des Säntis gebracht.
In diesen Containern wurde der Laser und die Gerätschaften auf den Gipfel des Säntis gebracht. Bild: M. Moret, Universität Genf

Herausgekommen ist ein kleines Ungetüm, acht Meter lang, anderthalb Meter hoch, ebenso breit und zehn Tonnen schwer, ein sogenannter Ultrakurzpulslaser. Damit Luft leitfähig wird, muss sie ionisiert werden. Dazu bedarf es eines Lasers der Terawattklasse. Die sehr hohe Lichtintensität erhitzt die Luft und setzt die Elektronen der Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle frei – so entsteht ein Kanal aus ionisiertem Gas, leitfähig wie in einem Metallstock.

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Doch ein Strahl genügt nicht, um die Bahn für die Blitze aufrechtzuerhalten, die geladenen Teilchen würden schnell wieder zusammenfinden – die Luft wäre nicht mehr leitfähig. Damit der Plasmakanal bestehen bleibt, schießt der Laser tausendmal pro Sekunde in den Himmel. Die Entwicklung der Ultrakurzpulslaser war daher ein Gamechanger – ohne diese Technik würde das Experiment nicht funktionieren. Tatsächlich waren die ersten Versuche, Blitze mit Lasern abzuleiten, vor zwanzig Jahren in Japan erfolglos geblieben. Auch der Laser, mit dem Jean-Pierre Wolf 2005 in New Mexico sein Glück versuchte, schoss nur zehnmal pro Sekunde. Das reichte nicht, um einen Blitz zum Boden zu bringen. Er kitzelte ihn in den Wolken lediglich.

Wie verhindern, dass der Blitz in den Laser fährt?

Clemens Herkommer erscheint jetzt ebenfalls auf der Terrasse, um die Spiegel im Container noch einmal zu überprüfen. In der Theorie haben er und Wolf alles zigmal durchgespielt. Wenn ein Gewitter aufzieht, werden sie den Laserstrahl einschalten. Durch eine Luke im Container zielt er leicht schräg nach oben, direkt an die Spitze des Sendemasts der Swisscom. Von dort oben wird dann der leitfähige Plasmakanal erzeugt, der in den Himmel ragt. Auf diese Weise wird der Blitz daran gehindert, direkt in den Laser einzuschlagen und das Experiment schlagartig zu beenden. Stattdessen wird er über den Sendemast geerdet. „Wir wollen einen Blitz auslösen, bevor er natürlich ausgelöst wird“, sagt Herkommer. Es geht darum, der Natur zuvorzukommen.

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Die Länge des erzeugten Plasmakanals entspricht dabei genau dem Radius, den man am Boden vor einem Einschlag schützt. Wie lang der Kanal am Ende sein wird, ist derzeit noch unklar. Hundert Meter dürften wohl erreicht werden, die Forscher rechnen sogar mit bis zu tausend Metern. Und wie fühlt sich das an, das Wetter manipulieren zu können? Er spüre schon eine große Macht, sagt Clemens Herkommer. Aber irgendwie sei es auch cool, dass man in der Lage sei, Blitze gezielt abzuleiten. Am Ende gehe es ja darum, die Welt sicherer zu machen. Bis man Laser aber wirklich seriell als Blitzableiter einsetzen kann, wird noch viel Zeit vergehen.

Der Strahl dieses Laser der Terawatt-Klasse dient als Blitzableiter auf dem Säntis
Der Strahl dieses Laser der Terawatt-Klasse dient als Blitzableiter auf dem Säntis Bild: dpa

Jetzt muss erst einmal das Experiment glücken. Aber ein Gewitter war eben auch an diesem Nachmittag nicht in Sicht. Jean-Pierre Wolf erträgt das mit großer Gelassenheit. Er hat zwanzig Jahre auf ein Gelingen dieses Experiments gewartet, warum sollte er wegen ein paar Tagen unruhig werden. Im Labor hat zudem alles einwandfrei funktioniert, er scheint sich seiner Sache sehr sicher. Außerdem sei dieser Versuch auch dazu da, die Blitze besser zu verstehen, sagt er. Manche Details über die Blitzentstehung seien noch unbekannt. Und wie kann Wolf sich da so sicher sein, dass das Experiment gelingt? Der finale Beweis wäre ein Foto jener High-Speed-Kamera, die auf einer benachbarten Kuppe befestigt ist. Darauf würde man einen Blitz sehen, der völlig gerade und entlang des Laserstrahls verläuft. Nicht weit verzweigt wie in der Natur.

Ende Juli ist es dann endlich so weit. Ein Gewitter tobt sich genau über dem Säntis aus, mehrere Male schlägt der Blitz in den Sendeturm ein. Und auch die folgenden Tage lassen es richtig krachen. Hat das Experiment geklappt? ­Jean-Pierre Wolf ist euphorisch, gibt sich aber bedeckt wie das Wetter Anfang August. „Der Laser funktioniert sehr gut“, sagt er, man habe viele Daten gesammelt. Doch schöne Bilder gebe es leider nicht, der Turm war häufig in Nebel gehüllt. Bis Ende September möchte er nun weitere Daten sammeln und auswerten. Dann wird er wissen, ob er den Himmel zähmen konnte.

Quelle: F.A.S.
Autorenporträt / Frey, Andreas
Andreas Frey
Freier Autor in der Wissenschaft der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.
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