Teilchenbeschleuniger am Himmel - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Teilchenbeschleuniger am Himmel

Um Materie in extremen Zuständen zu beobachten, mussten Astronomen bislang auf exotische Himmelskörper blicken. Schwarze Löcher und Neutronensterne beschleunigen Teilchen zum Beispiel so stark, dass diese extrem harte Gammastrahlung abgeben. Doch auch die Erdatmosphäre ist ein gewaltiger Beschleuniger, der Teilchen auf ebenso hohe Energien beschleunigen kann wie ein Schwarzes Loch, berichten Forscher um David Smith von der University of California in Santa Cruz in der Fachzeitschrift Science (Bd. 307, S. 1085).

Die Forscher werteten Daten des Satelliten RHESSI (Reuven Ramati High Energy Solar Spectroscopic Imager) aus, der eigentlich Gamma- und Röntgenstrahlen von der Sonne aufnehmen soll. Die Forscher fanden heraus, dass auch in der Erdatmosphäre regelmäßig kurze Gammablitze aufleuchten. In sechs Monaten zeichnete der 2002 in der Umlaufbahn abgesetzte Satellit darin 86 Gammablitze auf, einige davon kurz hintereinander in der gleichen Gegend. Demnach muss es auf der Erde mindestens 50 Gammablitze am Tag geben, rechneten Smith und seine Kollegen hoch. Es könnten aber auch wesentlich mehr sein ? je nachdem, wie eng die Teilchenstrahlen sind, die die Gammastrahlung erzeugen. Die Ereignisse dauerten zwischen 0,2 und 3,5 Millisekunden.

Die ersten dieser terrestrischen Gammablitze wurden schon vom Gamma-Observatorium Compton in den 90er Jahren aufgespürt. Allerdings ließ sich aus den Messungen wenig über die Energie und Häufigkeit der Ereignisse sagen. Mit den Daten von RHESSI stellten die Forscher jetzt fest, dass die Gammastrahlen eine Energie zwischen zehn und zwanzig Mega-Elektronenvolt hatten. Sie müssen von Elektronen erzeugt worden sein, die auf 99,99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt worden waren und anschließend mit einem Luftteilchen zusammenstießen. „Die Idee, dass die Erde Teilchen auf ultrarelativistische Energien beschleunigen kann, fasziniert mich“, sagt David Smith, „eigentlich ist sie doch ein kleiner und eher zahmer Planet.“

Was für ein Mechanismus die Gammablitze erzeugt, ist noch unklar. Womöglich bilden sich zwischen der Oberseite von Gewitterwolken und der Ionosphäre gewaltige Spannungen auf, durch die die Elektronen beschleunigt werden. Durch die Auswertung der restlichen RHESSI-Daten wollen die Forscher nun herausfinden, ob die Gammablitze bevorzugt in der Nähe von Gewittern gemeinsam mit anderen Leuchtphänomenen der oberen Atmosphäre auftreten.

Ute Kehse
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