Blitzforschung

Wie Laserstrahlen vor Blitzen schützen sollen

Von Manfred Lindinger
10.08.2021
, 14:08
Der 2500 Meter hohe Säntis. Zu erkennen ist der Sendemast und der  kastenförmigen Aufbau (rechts daneben), der auch den Laser beherbergt.
Wo Blitze einschlagen, richten sie meist schwere Schäden an. Ein intensiver Laserstrahl soll Abhilfe schaffen. Er löst gezielt Blitze in Gewitterwolken aus, bevor sie entstehen. Auf dem Schweizer Säntis wird der außergewöhnliche Blitzableiter getestet.
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Der Gipfel des Säntis in der Ostschweiz ist für Blitzforscher ein kleines Paradies. Bis zu 400 Mal pro Jahr schlagen Gewitterblitze in die Spitze des Sendemastes ein. Daher sind seit einiger Zeit in 2500 Meter Höhe Messinstrumente installiert, mit denen Wissenschaftler die Entstehung und Ausbreitung von Gewitterblitzen im Detail erforschen. Seit dem 1. Juni steht auf dem Berggipfel nun auch ein außergewöhnlicher Blitzableiter: ein rund acht Meter langer Laser der Terawatt-Klasse.

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Mit der leistungsfähigen Lichtquelle wollen Forscher von der Universität Genf Blitze in heranziehenden Gewitterwolken gezielt auslösen, bevor sie entstehen und irgendwo unkontrolliert einschlagen. Die Wissenschaftler um den Schweizer Physiker Jean-Pierre Wolf hoffen, mit ihrem optischen Blitzableiter künftig sensible Einrichtungen wie Atomkraftwerke, Raketenstartrampen oder Flughäfen, aber auch Hochhäuser und Hochspannungsleitungen besser vor Blitzeinschlägen bewahren zu können.

Das Prinzip ist einfach: Der Laserstrahl ist so intensiv, dass er entlang seines Weges durch die Atmosphäre Luftmoleküle ionisiert und so einen elektrischen leitenden Plasmakanal erzeugt. Der Kanal ist so lang wie der Laserstrahl selbst und reicht deshalb tief in die Gewitterwolke hinein. Dort verringert der Laser dann die natürliche Spannungsschwelle zwischen Wolke und Erdoberfläche, die bewirkt, dass es zu einer Entladung kommt.

Der Blitz entsteht dadurch nicht mehr zufällig, sondern entlädt sich geradlinig entlang des Plasmakanals. Gegenüber einem starren Blitzableiter habe der Laserstrahl den Vorteil, dass man ihn nach Belieben einschalten könne, etwa wenn Gefahr durch ein heraufziehendes Gewitter drohe, sagt Wolf.

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Wie bringt man einen Terawatt-Laser auf einen Berg?

Bislang haben die Forscher nur Erfahrung in Laborexperimenten mit künstlich erzeugten Entladungen sammeln können. Die Ergebnisse waren aber so ermutigend, dass man jetzt den Schritt in die freie Natur gewagt hat. Mit dem deutschen Laserhersteller Trumpf wurde ein Partner gefunden, der einen Hochleistungslaser baute, der den Anforderungen der Forscher entspricht: hohe Strahlintensität und gleichzeitig hohe Leistung. Der Laser erzeugt pro Sekunde 1000 grüne Lichtpulse. Jeder dauert nur Billionstelsekunden.

Das zehn Tonnen schwere Instrument samt der optischen Komponenten und der Geräte für die Stromversorgung wurde mit der Seilbahn und per Hubschrauber auf den Berggipfel transportiert und dort aufgebaut. Um das Teleskop, das den Laserstrahl fokussiert und an sein Ziel führt, gegenüber jeglichen Erschütterungen zu stabilisieren, hat man es mit einem 18 Tonnen schweren Betonfundament verankert. Auf dem Säntis herrschen bisweilen Windgeschwindigkeiten von bis zu 200 Kilometer pro Stunde.

Inzwischen ist alles aufgebaut und justiert, so dass mit ersten Testmessungen begonnen werden kann. Eine Hochgeschwindigkeitskamera hält die mit dem Laserstrahl ausgelösten Blitze und deren Weg zum Gipfel fest. Zunächst geht es darum, die optimalen Parameter des Laserstrahls zu finden, um die Gewitterwolken zu kitzeln. Bei ihren Versuchen müssen die Forscher sicherstellen, dass der ausgelöste Blitz nicht in den Laser selbst einschlägt und so das Instrument zerstört.

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Das verhindern sie dadurch, dass sie etwa mit dem Teleskop die Höhe einstellen, von der an der Laserstrahl einen Plasmakanal bis zur Gewitterwolke bildet. Als Ausgangspunkt werden sie die meterhohe Turmspitze auf dem Gipfel des Säntis wählen. Weiter wird der ankommende Blitz dann nicht gelangen können.

Bis zum Ende der Gewittersaison im September werden die Experimente dauern. Dann wollen die Forscher um Wolf den Praxistest an einem Rollfeld eines Flugplatzes wagen und damit verhindern, dass ein Blitz in ein startendes oder landendes Flugzeug einschlägt. In zwei Jahren, so die Hoffnung, könnte aus dem optischen Blitzableiter eine hilfreiche Technologie werden.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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