Radiostrahlung: Hellstes Leuchten aus dunklen Quellen

Hätte der Mensch Augen für Radiostrahlung, würde er beim Blick in den Himmel von Zeit zu Zeit geblendet: durch Blitze, die zwar ungemein kurz dauern, doch auf der vierfachen Fläche des Vollmonds etwa 1000fach heller aufleuchten als die Sonne - Zeugen des Aufpralls extrem energiereicher Partikel der kosmischen Strahlung auf Atome und Moleküle der Erdatmosphäre.

Energiereiche Teilchen der kosmischen Strahlung bombardieren die Erdatmosphäre und verursachen dort winzige Explosionen von Elementarteilchen – die ihrerseits einen Strahl von Materie- und Antimaterieteilchen bilden. Das geomagnetische Feld lenkt die leichtesten der geladenen Partikel (Elektronen und Positronen) ab, und dabei entsteht Radiostrahlung. Es ist der gleiche Mechanismus wie bei der mit Teilchenbeschleunigern in irdischen Labors erzeugten Synchrotronstrahlung. Analog dazu sprechen Astrophysiker von Geosynchrotronstrahlung und betonen so die Wechselwirkung mit dem Magnetfeld der Erde.

Kosmische Teilchenfalle | Kosmische Teilchenfalle: Das pyramidenförmige Gebilde im Vordergrund gehört zum LOPES-Experiment, einem großen Feld von Radioantennen und Teilchendetektoren am Forschungszentrum Karlsruhe.

Nachgewiesen wurden diese Strahlungsblitze von einem internationalen Team, zu dem auch Astrophysiker um Heino Falcke des Bonner Max-Planck-Institutes für Radiosastronomie und Andreas Haungs vom Forschungszentrum Karlsruhe gehören. Die Wissenschaftler benutzten für ihre Entdeckung eine Batterie von Radioantennen und das große Feld von Teilchendetektoren des KASCADE-Grande-Experiments am Forschungszentrum Karlsruhe. Beide Detektorfelder wurden parallel betrieben. Auf diese Weise ließ sich jedes Mal, wenn ein hochenergetisches Teilchen der kosmischen Strahlung auf die Erdatmosphäre traf, ein Radiosignal nachweisen. Mit Bildverarbeitungsprogrammen aus der Radioastronomie erstellten die Forscher außerdem digitale Filmsequenzen von diesen Ereignissen.

Die Stärke des ausgestrahlten Radiosignals ist direkt proportional zur Energie der kosmischen Strahlung. "Es erstaunt schon, dass wir mit einfachen Antennen direkt die Energie von Elementarteilchen aus dem Kosmos messen können", sagt Falcke. "Wenn wir empfindliche Radioaugen hätten, könnten wir den Himmel mit Radioblitzen funkeln sehen."

Einige der aufgezeichneten Radioblitze müssten in der Tat stark genug sein, um den konventionellen Radio- und Fernsehempfang für einen kurzen Zeitraum zu überstrahlen. Um diesen Effekt zu verdeutlichen, haben die Forscher das Signal der kosmischen Strahlung in ein Tondokument umgewandelt. Da jedoch die Radioblitze aus dem All nur jeweils 20 bis 30 Nanosekunden (milliardstel Sekunden) dauern, und weil die stärksten Ereignisse dieser Art im Mittel lediglich einmal pro Tag stattfinden, dürften sie sich kaum auf unseren Alltag auswirken.

Das Experiment hat außerdem gezeigt, dass die Intensität der Radiostrahlung von der jeweiligen Ausrichtung des Magnetfelds der Erde abhängt. Dieses Ergebnis und auch andere Resultate der Messungen bestätigen die Vorhersagen früherer theoretischer Rechnungen von Heino Falcke und Kollegen Tim Huege sowie von Peter Gorham an der Universität Hawaii.