St. Elmos Feuer ist ein anhaltendes blaues Leuchten, das bei Stürmen gelegentlich in der Nähe von spitzen Objekten auftritt. Der Name ist eine Art Fehlbezeichnung, da das elektrische Phänomen mehr mit Blitzen oder Nordlichtern zu tun hat als mit Flammen.
Kapitäne der Meere und des Himmels kennen das Feuer von St. Elmo am besten, da das ätherische Licht seit langem an den Masten von Schiffen und in jüngerer Zeit an den Flügeln von Flugzeugen hängt. Seefahrer haben das Spektakel seit Tausenden von Jahren bemerkt, aber erst in den letzten anderthalb Jahrhunderten haben Wissenschaftler genug über die Struktur der Materie gelernt, um zu verstehen, warum das Phänomen stattfindet. Es sind nicht Götter oder Heilige, die das rätselhafte Feuer entzünden, sondern einer der fünf Zustände der Materie: Plasma.
Berichte über blaues Licht, das schwach von den Schiffsanlagen flackert, stammen aus der Antike, als die Griechen und Römer den Anblick als Besuche der Halbgott-Zwillinge Castor und Pollux interpretierten. Als Retter der Gefährdeten betrachtet, wäre die Erscheinung der Zwillinge ein hoffnungsvolles Zeichen für Seeleute gewesen, die einen Sturm überstanden haben.
Das Phänomen erhielt später seinen modernen Namen von St. Erasmus, kurz St. Elmo, der im dritten Jahrhundert lebte. St. Elmo wurde als Schutzpatron der Seeleute und der Darmnot berühmt, nachdem er Berichten zufolge durch Ausweiden getötet worden war. Seeleute beteten in Momenten der Not zu ihm und interpretierten das Leuchten von St. Elmos Feuertanz und Zischen auf den Spitzen ihrer Boote weiterhin als ein günstiges Omen.
Was verursacht das Feuer von St. Elmo?
Ein wissenschaftliches Verständnis des Feuers von St. Elmo wurde erst möglich, nachdem der britische Chemiker und Physiker William Crookes 1879 durch seine Arbeit mit Vakuumröhren das produzierte, was er "strahlende Materie" nannte. Die Entdeckung des Elektrons erfolgte zwei Jahrzehnte später und enthüllte, dass die Welt es war aus mehr als neutralen Atomen. Die Feststellung, dass Atome kleinere, geladene Teilchen enthielten, erwies sich als unerlässlich, um zu verstehen, warum Crookes 'Materie glänzte und das völlig neue Gebiet der Plasmaphysik eröffnete.
Plasma tritt auf, wenn überschüssige Energie Atome in einem neutralen Gas aufbricht, um ein geladenes Gas zu erzeugen. Eine Möglichkeit, Plasma zu erzeugen, ist die Wärme. Zum Beispiel bricht das Erhitzen von festem Eis molekulare Kristalle in flüssiges Wasser und kochendes flüssiges Wasser setzt Wassermoleküle frei, die als gasförmiger Dampf aufsteigen. Lassen Sie weiterhin Energie in den Dampf ab (z. B. durch Erhitzen auf 21.000 Grad Fahrenheit oder 12.000 Grad Celsius), und die Atome in den Wassermolekülen werden aufgeraut, verlieren ihre Elektronen und werden zu geladenen Ionen. Dieser Punkt repräsentiert den Übergang von einem Gas, einer Wolke neutraler Teilchen, zu einem Plasma, einer Wolke, die viele geladene Teilchen enthält.
Elektrizität kann Gasmoleküle zerreißen und leichter ein Plasma bilden als Wärme, was der Schlüssel zum Feuer von St. Elmo ist. Während eines Sturms baut Reibung in bestimmten Teilen der Wolken zusätzliche Elektronen auf und erzeugt starke elektrische Felder, die den Boden erreichen. Ein ausreichend starkes Feld kann theoretisch überall Luft in ein Plasma zerlegen, aber in der Praxis neigen scharfe Punkte (wie der Mast eines Schiffes) dazu, das Feld zu konzentrieren und Elektronen von Atomen zu entfernen, um geladene Ionen in besonders hoher Anzahl nahezu scharf zurückzulassen setzt.
Sobald sich die Luft um einen Mast teilweise in ein Plasma verwandelt hat, scheint das Feuer von St. Elmo über einen Prozess, der als Koronaentladung bezeichnet wird. Während das elektrische Feld Elektronen herumwirbelt, klopfen sie in neutrale Teilchen und bewegen diese neutralen Teilchen in einen energetischeren Zustand.
Stellen Sie sich vor, "ein Tyrann geht durch den Schulhof und tritt alle Kinder", sagte Kristina Lynch, Plasmaphysikerin am Dartmouth College in New Hampshire. "Sie werden alle aufgeregt und müssen sich dann entspannen." Zum Abkühlen emittieren die angeregten Teilchen ein Lichtphoton mit einer bestimmten Energie und Farbe. Für Stickstoff und Sauerstoff, die in der Erdatmosphäre dominieren, brennt dieser Lichtblitz blau bzw. violett.
St. Elmos Feuer ist kein Blitz
Während das Feuer von St. Elmo unter stürmischen Bedingungen stattfindet, ist es ein anderes Phänomen als der Blitz. Das Leuchten eines Blitzes enthält aus demselben Grund Blau und Lila, aber es leuchtet auch weiß - eine Mischung aus vielen Farben -, wenn es die Luft um ihn herum erwärmt.
Die bunten Lichter der Aurora leuchten auch von entspannenden Teilchen, obwohl die Elektronen, die diese Teilchen anregen, letztendlich ihre Energie vom Sonnenwind beziehen und nicht von elektrisch geladenen Wolken. Viele verwechseln auch das Feuer von St. Elmo mit Kugelblitzen, einem anderen seit Jahrtausenden bekannten Glühphänomen. Während diese schwebenden Lichtkugeln noch wenig verstanden sind, wurden die beiden Ereignisse zusammen berichtet, wie in dem Bericht dieses Bergsteigers aus dem Jahr 1977, der im Journal of Scientific Exploration veröffentlicht wurde:
"Direkt unter mir befand sich ein heruntergekommenes Gebäude. Ich konnte an jedem Punkt des Stahlgerüsts, der aus den Ruinen ragte, noch hellblaue Flammenzungen sehen. Die Flamme hatte verschiedene Größen. Je höher der Punkt, desto größer war ein Flammenflamme darauf. Noch tiefer, in einer Höhe von 4.000 bis 4.100 m, blitzte ein Blitz. Orangefarbene Kugeln von der Größe eines Fußballs flogen vom Wind auf dem Hintergrund schwarzer Wolken. "
Ist das Feuer von St. Elmo gefährlich?
Zum Glück für Wanderer und Seeleute brennt das Feuer von St. Elmo nicht und stellt keine unmittelbare Gefahr dar, die über das möglicherweise stürmische Wetter hinausgeht.
Ingenieure müssen jedoch bei der Planung elektrischer Geräte, insbesondere von Stromleitungen, die Koronaentladung berücksichtigen, da unerwünschte Fälle von St. Elmos Feuer wertvollen Strom verbrauchen können. Um diesen Effekt zu minimieren, weisen viele Fernstromleitungen rückenartige "Koronaringe" um spitze Bereiche wie die Spitzen von Türmen und Masten auf. Diese Ringe verhindern, dass sich das elektrische Feld so stark konzentriert, dass viel Plasma entsteht.
In anderen Fällen haben Ingenieure Wege gefunden, die Koronaentladung zu ihrem Vorteil zu nutzen. Das Verfahren ist an der Herstellung von Ozon beteiligt, einem industriellen Desinfektionsmittel. Die Koronaentladung spielt auch eine Rolle bei der Erzeugung der geladenen Oberflächen, die in einem Fotokopierer benötigt werden.
Während Forscher das Phänomen entmystifiziert und in der modernen Technologie zum Einsatz gebracht haben, hat das harmlose, aber fesselnde Leuchten des Feuers von St. Elmo immer noch die Kraft, Zuschauer zu überraschen, genau wie seit Jahrtausenden.
