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13:57 08.08.2012
Sonneneruptionen werden meist von zusammenbrechenden Magnetfeldern ausgelöst. Sie sind eine Quelle der kosmischen Strahlung.
Sonneneruptionen werden meist von zusammenbrechenden Magnetfeldern ausgelöst. Sie sind eine Quelle der kosmischen Strahlung. Quelle: dpa
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Für den später mit dem Nobelpreis gekürten Hess stellte sich der Partikelstrom nur als erhöhte elektrische Leitfähigkeit der Luft in größeren Höhen dar (s. Kasten). Dass hier Kerne von Wasserstoff, Helium und anderen Elementen aus dem Weltraum am Werk waren, fanden erst Wissenschaftler nach ihm genau heraus. Curiosity hat bereits während des achtmonatigen Flugs zum roten Planeten das Bombardement mit Atomkernen der Strahlung untersucht, um die Auswirkungen auf den Menschen zu testen.

Auch unsere Sonne katapultiert nach Eruptionen solche Partikel ins All. Da das Zentralgestirn vorwiegend aus Wasserstoff besteht, sind es vor allem dessen Kerne, die von dort mehr oder minder intensiv als Strahlung oder aber als regelrechter Sturm ankommen. Wie etwa Mitte Juli, als Forscher schon vor katastrophalen Stromausfällen warnten. Beim Eintritt in die Atmosphäre erzeugt die kosmische Strahlung mit ihren Atomkernen einen Teilchenschauer aus negativ geladenen Elektronen und ihren negativen Pendants, den Positronen. Beide werden vom irdischen Magnetfeld besonders an den Polregionen der Erde angezogen und verursachen immense elektrische Spannungen.

Die können besonders Hochspannungsnetzen gefährlich werden und sie zum Zusammenbruch bringen, wie bei einem Sonnensturm 1989 in der kanadischen Provinz Québec. Neun Stunden waren Millionen Menschen ohne Strom. Sämtliche Flüge mussten umgeleitet werden, weil der Teilchenschauer auch den Funkverkehr und andere Instrumente lähmte.

Doch die Strahlung birgt nicht nur Gefahren in sich, „sondern auch jede Menge Informationen“, sagt Alexander Warmuth vom Leipnitz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP). Der Partikelstrom, der von der Sonne kommt, gibt Auskunft über die geologischen Prozesse dort. Hinzu kommt die Strahlung, die uns aus der Tiefe des Alls erreicht, vielfach von außerhalb der Milchstraße. Die Geschwindigkeit der Teilchen lässt Rückschlüsse auf die Entfernung ihrer Herkunft zu. In Verbindung mit ihrer Zusammensetzung können die Forscher Analysen über ihren Ursprung anstellen.

So erhofft sich die Astrophysik laut Warmuth vor allem Erkenntnisse über schwarze Löcher. Aus dem Umfeld der beständig Materie vertilgenden Ungetümer werden Strahlungspartikel mit enormer Energie ins All geschleudert und erreichen auch die Erde. Im Zentrum jeder Galaxie wird ein solches alles in sich hineinsaugendes schwarzes Loch als Kraftzentrum vermutet. „Sie geben den Sternensystemen nicht nur Stabilität, sondern beeinflussen auch ihre Entwicklung“, weiß Astrophysiker Warmuth. Partikel aus der Umgebung schwarzer Löcher können insofern auch etwas über Zusammenhänge und Geschichte des gesamten Universums aussagen.

Doch nicht nur das. Die kosmische Strahlung gilt auch als Fundament der wissenschaftlichen Perspektive auf die kleinsten Strukturen der Materie – die Teilchenphysik. Mit Hilfe der Partikelstrahlung wurden wichtige Elementarteilchen erst entdeckt. „Der Nachweis der kosmischen Strahlung war eine Jahrhundertentdeckung, die uns völlig neue Einblicke gebracht hat“, betont Christian Stegmann, Leiter des Deutschen Elektronen Synchrotron (Desy) in Zeuthen (Dahme-Spreewald), das zum Beispiel mit dem Cern kooperiert.

Sie habe die Basis für „eine ganz neue Forschungsrichtung, die Hochenergie-Physik mit ihren gigantischen Beschleunigeranlagen“ gelegt. Für Stegmann führt so eine Linie von der Entdeckung der Strahlung auch bis zum europäischen Teilchenbeschleuniger Cern in der Schweiz, der derzeit das wichtigste Aushängeschild der Hochenergiephysik ist. Mit seiner Hilfe wurde kürzlich das lang gesuchte Higgs-Teilchen nachgewiesen, das Materiepartikeln Masse-Eigenschaften gibt.

Weil die Wurzeln der eigenen Forschung so eng mit der Entdeckung der kosmischen Strahlung zusammenhängen, organisierte das Desy jetzt sogar ein internationales Symposium in Bad Saarow (Oder-Spree). Zu den Gästen zählte unter anderem der US-Physik-Nobelpreisträger James Cronin. (Von Gerald Dietz)

Auf Skepsis gestoßenSeine Forschungen führten den österreichischen Physiker Victor Hess, der später vor den Nazis in die USA flüchtete, durchaus hoch hinaus. Unter anderem auf dem Eiffelturm, in den Alpen und bei Ballonfahrten wollte der Forscher Anfang des 20. Jahrhunderts die Existenz einer Strahlung nachweisen, die in großer Höhe ansteigt und die elektrische Leitfähigkeit der Luft verändert.

Während einer Ballonfahrt von Böhmen im heutigen Tschechien nach Bad Saarow kam er am 7. August 1912 mit 5000 Metern bis dahin am höchsten hinaus. Dabei stellte der spätere Nobelpreisträger fest, dass die elektrische Leitfähigkeit der Luft dort ein Mehrfaches des am Boden beobachteten Wertes erreichte. Damals glaubte Hess noch, dass diese „Höhenstrahlung“, wie er sie nannte, am Boden noch durch natürliche Radioaktivität unterdrückt wurde.

Der Historiker Dieter Hoffmann vom Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte in Berlin nennt den Nachweis der kosmischen Strahlung durch Hess „eine der wichtigsten physikalischen Entdeckungen des 20. Jahrhunderts“. Bei den meisten Kollegen seiner Zeit sei die von Hess postulierte extraterrestrische Strahlung aber – wie so oft bei neuen Entdeckungen – auf „allergrößte Skepsis“ gestoßen. gd

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