Ionisierende Strahlung Warum Godzillas Hitzestrahl der Weltuntergang wäre
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26. März 2024, 13:46 Uhr
"Godzilla vs. Kong" heißt DER Kino-Kampf des Sommers. King Kong bringt Stärke und Intelligenz mit in den Ring. Godzilla den Hitzestrahl. Und der hat es in sich. Stahl schmilzt der als wäre es Butter und keine Großstadt ist vor ihm sicher. Aber wissenschaftlich betrachtet ist der noch viel gruseliger, als man denkt. Zerstörte Städte wären das geringste Problem.
Seinen Hitzestrahl hat Godzilla schon seit Beginn seiner Filmkarriere 1954, damals noch in schwarz-weiß. Das erste Mal in Farbe sehen wir ihn 1962 in "Die Rückkehr des King Kong", in dem die beiden Riesenmonster das erste Mal gegeneinander antreten. In dem Film ist der Strahl blau und direkt zu Beginn gibt es einen Hinweis, was das blaue Leuchten sein könnte. Ein Wissenschaftler sieht sich Godzilla aus der Ferne an und merkt an, dass es wie Tscherenkow-Strahlung aussieht.
Schneller als das Licht
Tscherenkow-Strahlung wird ausgestrahlt, wenn elektrisch geladene Teilchen – wie Elektronen – sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Ja, das geht. Der Trick ist, dass es sich dabei nicht um die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum von knapp 300.000 Kilometer pro Stunde handelt, die wir alle kennen, sondern in einem Medium. Und da kann Licht deutlich langsamer sein. In Wasser zum Beispiel. Da bewegt sich Licht nur mit 75 Prozent der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Im gleichen Moment behalten die Elektronen aber fast ihre Ausgangsgeschwindigkeit – und können deshalb im Wasser schneller als das Licht sein.
Warum Licht in Wasser langsamer wird
Vereinfacht gesagt liegt es daran, dass sowohl Licht als auch Elektronen, wenn sie auf Wasser treffen, mit den Molekülen im Wasser interagieren und so gebremst werden. Licht ist elektromagnetische Strahlung, beziehungsweise elektromagnetische Wellen. Es hat also ein elektrisches Feld. Und dieses Feld "spüren" die Elektronen der Wassermoleküle und werden davon abgelenkt. Bewegte Ladungen senden aber auch elektromagnetische Wellen aus. Diese überlagern sich nun wieder mit den Lichtwellen, die ursprünglich ins Wasser eingedrungen sind. Es ergibt sich also eine Kombination aus diesen beiden Wellen. Und diese Kombi ist dann langsamer als das Licht vorher war.
Wie Tscherenkow-Strahlung entsteht
Das blaue Leuchten entsteht, weil bewegte Ladungsträger eine elektromagnetische Strahlung aussenden. Egal, wie schnell sie sind. Und zwar in alle Richtungen. Wenn das Elektron jetzt langsamer als das Licht ist, dann heben sich die Lichtwellen gegenseitig auf und wir sehen nichts. Wenn das Elektron jetzt aber schneller als das Licht ist, dann entsteht eine Wellenfront hinter dem Elektron. Das kann man ganz gut mit Schallwellen und einem Überschallknall vergleichen. Der entsteht, wenn zum Beispiel ein Flugzeug schneller als Schallgeschwindigkeit fliegt. Da sieht man auch, dass die Schallwellenfront hinter dem Flugzeug ist.
Godzillas Hitzestrahl ist aber keine Tscherenkow-Strahlung. Tscherenkow-Strahlung "funktioniert" in allen Medien, also theoretisch auch in Luft. Aber die Lichtgeschwindigkeit in Luft ist annähernd die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Das da noch ein Elektron schneller ist, ist sehr unwahrscheinlich.
Aber die blaue Farbe gibt uns trotzdem den richtigen Hinweis. Die Farbe verrät nämlich, dass der Hitzestrahl nicht Feuer oder ein Laser ist, sondern ionisierende Strahlung! Die erzeugt nämlich ein solches Leuchten! Und die ist gefährlich: Ionisieren bedeutet nämlich, dass einem Atom ein oder mehrere Elektronen entrissen werden. Dann sind sie nicht mehr neutral, sondern positiv geladen. Dazu braucht es relativ viel Energie. Denn ein Elektron zu klauen bedeutet nichts anderes, als dem Elektron so viel Energie zu geben, dass es gegen die Anziehungskraft vom Atomkern ankommt.
Warum ionisierte Luft blau leuchtet
Die aus dem Atom gelösten Elektronen stoßen mit den Molekülen der Luft zusammen. Bei diesem Zusammenstoß regen sie die Elektronen des Moleküls energetisch an und heben es auf ein höheres Energieniveau. Dieser angeregte Zustand ist nicht super stabil. Er ist energetisch sehr aufwendig. Das bedeutet, dass die Elektronen wieder auf ein niedrigeres Energieniveau absinken. Dabei geben sie die Energie, die sie vorher übertragen bekommen haben in Form eines Photons ab. Und das ist dann das blaue Licht, was wir sehen.
Also ist das, was bei Godzilla blau leuchtet, nicht der Hitzestrahl an sich, sondern die Luft, auf die der Hitzestrahl trifft. Die Farbe liegt am Stickstoff und Sauerstoff, aus denen die Luft hauptsächlich besteht. Das können wir in der Natur sogar ganz ohne Godzilla manchmal beobachten. Und zwar bei Gewittern. Auch da wird die Luft ionisiert.
Woher kommt ionisierende Strahlung?
Ionisierende Strahlung ist somit Strahlung, die das Ionisieren auslöst. Die entsteht zum Beispiel beim Zerfall von radioaktiven Elementen. Das ist dann Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Alphastrahlung ist ein Teilchenstrahl aus Heliumkernen, also zwei Protonen und zwei Neutronen. Betastrahlung ist ein Teilchenstrahl aus Elektronen. Und Gammastrahlung ist elektromagnetische Strahlung. So wie sichtbares Licht. Nur, dass sie viel mehr Energie hat und deswegen ionisierend wirkt.
Aber auch Röntgenstrahlung zählt zur ionisierenden Strahlung. Gefährlich ist vor allem die elektromagnetische Strahlung, also die Röntgen- und die Gammastrahlen. Die anderen sind zwar auch ionisierend, aber die bestehen aus Teilchen. Und da gilt: Je schwerer das Teilchen, desto weniger Reichweite und desto besser kann die Strahlung abgeschirmt werden.
Alphastrahlen reichen in der Luft nur ein paar Zentimeter weit und können sogar schon durch Papier abgeschirmt werden. Betastrahlung reicht ein paar Meter weit. Aber richtig heftig wird es bei Gamma- und Röntgenstrahlung. Die wird in Luft kaum abgeschwächt Sie ist ja im Prinzip Licht, nur eben für uns unsichtbares Licht und durchdringt Materie leicht. Deswegen braucht man zum Abschirmen Blei oder Beton. Darum tragen wir, wenn wir geröntgt werden müssen, auch immer eine Bleischürze. Um die Bereiche des Körpers zu schützen, die nicht geröntgt werden sollen.
Warum ist ionisierende Strahlung so gefährlich?
Das Ionisieren, also wenn Elektronen aus einem Atom gerissen werden, das passiert natürlich auch mit den Atomen und Molekülen in unserem Körper, wenn die Strahlung uns trifft. Dadurch können Zellen und DNA geschädigt und zerstört werden. Ionisierende Strahlung kann auch noch andere langfristige Folgen haben. Zum Beispiel Krebs. Die Krebserkrankung taucht dann meist erst Jahre bis Jahrzehnte später auf, nachdem man die Strahlen abbekommen hat.
Wir hätten also, wenn es Godzilla geben würde, nicht nur zerstörte Großstädte, sondern auch riesige verseuchte Gebiete auf der Welt und auch körperliche Strahlenschäden. Gut, dass Godzilla nur Fiktion ist.
Info: Wenn Sie mehr zur Wissenschaft hinter Godzillas Hitzestrahl wissen möchten oder welche Grenzen biologisches Wachstum hat – schauen Sie doch mal auf unserem YouTube-Kanal "Science vs. Fiction" vorbei. Dort finden Sie auch die aktuelle Folge "Godzilla vs. Kong: Darum ist der Hitzestrahl gefährlicher als du denkst", in der Moderator Jack Pop und Physikerin Anne-Dorette Ziems den Hitzestrahl unter die Lupe genommen haben.
