Sferics und Whistler: Das natürliche Radio der Erde

Wie Blitze Musik machen und was die Magnetosphäre damit zu tun hat

Jede Sekunde zucken etwa 40 bis 50 Blitze irgendwo auf der Erde. Jeder einzelne ist ein Funksender - ein brutaler, breitbandiger Impuls, der elektromagnetische Wellen in alle Richtungen schleudert. Die meisten davon verschwinden im Rauschen. Aber manche nehmen seltsame Umwege durch die Magnetosphäre^¹ und kommen als pfeifende, absteigende Töne zurück.

Das sind Whistler. Und sie gehören zu den faszinierendsten Phänomenen, die du mit einfacher Ausrüstung empfangen kannst.

Was sind Sferics?

Sferics (kurz für “Atmospherics”^²) sind die elektromagnetischen Impulse, die Blitze erzeugen. Wenn ein Blitz einschlägt, entlädt er in Mikrosekunden eine Spannung von mehreren hundert Millionen Volt. Diese plötzliche Entladung erzeugt einen elektromagnetischen Puls, der sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.

Ein einzelner Sferic klingt wie ein trockenes Knacken oder Klicken - das klassische Gewitterknistern, das du im AM-Radio hörst. Auf einem Spektrogramm^³ erscheint ein Sferic als vertikaler Strich - er enthält alle Frequenzen gleichzeitig, vom VLF^⁴-Bereich bis weit in den Kurzwellenbereich hinein.

Tweeks: Sferics mit Nachhall

Nicht jeder Sferic verschwindet sofort. Manche Impulse werden zwischen der Erdoberfläche und der Ionosphäre^⁵ hin- und herreflektiert. Dabei werden die höheren Frequenzen schneller gedämpft als die niedrigen. Das Ergebnis ist ein kurzer, absteigender “Twiiip”-Ton - ein sogenannter Tweek^⁶.

Tweeks kommen von Blitzen, die mehrere tausend Kilometer entfernt sind. Je weiter der Blitz, desto mehr Reflexionen, desto ausgeprägter der Tweek. Bei Nacht, wenn die Ionosphäre anders geschichtet ist, hört man sie häufiger und deutlicher.

Was sind Whistler?

Whistler sind die Stars der natürlichen Radiophänomene. Sie entstehen, wenn ein Teil der Sferic-Energie nicht zwischen Erde und Ionosphäre gefangen bleibt, sondern in die Magnetosphäre entkommt.

Dort passiert etwas Bemerkenswertes: Die elektromagnetischen Wellen folgen den Magnetfeldlinien der Erde^⁷. Sie steigen auf, erreichen ihren höchsten Punkt tausende Kilometer über der Erde, und fallen auf der anderen Seite wieder herab - oft auf der gegenüberliegenden Hemisphäre.

Warum pfeifen sie?

In der Magnetosphäre ist das Medium nicht leer. Dort schweben Elektronen und Ionen - das Plasma^⁸ des Weltraums. Dieses Plasma hat eine seltsame Eigenschaft: Es verlangsamt Radiowellen, und zwar frequenzabhängig. Hohe Frequenzen kommen schneller durch als niedrige.

Das Ergebnis: Ein Sferic, der als Breitband-Impuls startet, wird in der Magnetosphäre “auseinandergezogen”. Die hohen Frequenzen kommen zuerst an, dann die mittleren, dann die tiefen. Was als Knacken losging, kommt als absteigender Pfeifton an - ein Whistler.

Ein typischer Whistler dauert 1-3 Sekunden und fällt von vielleicht 8 kHz auf unter 1 kHz ab. Der Klang ist unverwechselbar: ein melancholisches, absteigendes Pfeifen, wie ein Vogel aus einer anderen Welt.

Die Entdeckung

Whistler wurden erstmals im Ersten Weltkrieg dokumentiert, als Soldaten Telefonleitungen abhörten und seltsame pfeifende Töne hörten. Zunächst hielt man sie für feindliche Störsender. Erst in den 1950er Jahren verstand man ihre wahre Natur - und sie wurden zu einem wichtigen Werkzeug für die Erforschung der Magnetosphäre^⁹.

Andere natürliche VLF-Phänomene

Sferics und Whistler sind nicht allein. Im VLF-Bereich gibt es eine ganze Welt seltsamer Klänge:

Chorus (Morgenröte-Chor)

Ein aufsteigendes Zwitschern, das klingt wie ein Chor elektronischer Vögel. Entsteht durch Wechselwirkung von Elektronen mit elektromagnetischen Wellen in der Magnetosphäre. Am häufigsten in den Morgenstunden zu hören - daher der Name “Dawn Chorus”^¹⁰.

Hiss

Ein breitbandiges Rauschen, das manchmal den VLF-Bereich füllt. Entsteht durch Elektronenpräzipitation^¹¹ - Elektronen, die aus der Magnetosphäre in die Atmosphäre “regnen”.

Two-Hop Whistler

Manche Whistler werden am anderen Ende der Magnetfeldlinie reflektiert und kommen zurück. Zwei Pfeifen hintereinander - erst der direkte, dann der reflektierte. Selten, aber ein Highlight für jeden VLF-Enthusiasten.

Empfang: Was du brauchst

Hardware

Antenne - Für VLF brauchst du entweder:

• Eine Drahtantenne^¹² (10-50 Meter, horizontal aufgehängt)
• Oder eine Loop-Antenne^¹³ (magnetisch, weniger störanfällig)

Für den Einstieg reicht ein langer Draht. Die Loop-Antenne lohnt sich, wenn lokale Störquellen (Schaltnetzteile, LED-Lampen, Computer) den Empfang ruinieren.

Empfänger - Hier wird es tricky. Ein RTL-SDR kann VLF nicht direkt empfangen - seine untere Grenze liegt bei 24 MHz, VLF spielt unter 30 kHz. Optionen:

• Soundkarten-Empfang^¹⁴ - Eine gute Soundkarte (24-Bit, 96 kHz Abtastrate) kann Frequenzen bis 48 kHz aufnehmen. Mit einem einfachen Vorverstärker^¹⁵ wird sie zum VLF-Empfänger.
• Dedizierte VLF-Empfänger - Geräte wie der NASA INSPIRE oder kommerzielle Receiver. Teurer, aber sofort einsatzbereit.
• Upconverter^¹⁶ - Mischt VLF auf einen Bereich, den ein SDR empfangen kann. Funktioniert, ist aber für VLF übertrieben.

Software

• Spectrum Lab^¹⁷ - Der Klassiker für Windows. Mächtig, aber Lernkurve.
• Audacity - Für einfache Aufnahmen und Spektrogramm-Ansicht.
• VLF Tools - Spezialisierte Software für Whistler-Analyse.

Der erste Empfang

Den richtigen Ort finden

VLF-Empfang ist empfindlich gegen elektrische Störungen. Schaltnetzteile, LED-Dimmer, Computer, sogar Energiesparlampen erzeugen Störungen im VLF-Bereich. Der beste Empfangsort ist:

• Weit weg von Gebäuden und Stromleitungen
• Nachts (weniger menschgemachte Störungen)
• Bei Gewitter in der Ferne (mehr Sferics, potenziell Whistler)

Ein Feld außerhalb der Stadt, idealerweise bei Nacht, ist optimal. Aber auch im Garten kann es funktionieren, wenn du Glück hast.

Was du hören wirst

Zuerst: Knacken und Knistern. Das sind die Sferics - tausende pro Minute von Gewittern auf der ganzen Welt. Manche knacken nur kurz, manche haben den charakteristischen Tweek-Nachhall.

Dann, wenn du Glück hast: ein absteigendes Pfeifen. Erst hoch, dann tiefer, über eine oder zwei Sekunden. Das ist ein Whistler. Die Chance steigt bei:

• Hoher geomagnetischer Aktivität^¹⁸ (Kp-Index > 3)
• Nachtzeit
• Gewitter auf der gegenüberliegenden Hemisphäre

Aufnehmen und analysieren

Nimm eine Stunde auf und schau dir das Spektrogramm an. Whistler sind leicht zu erkennen: absteigende Kurven, die bei hohen Frequenzen beginnen und bei niedrigen enden. Die Form der Kurve verrät, wie weit der Pfad durch die Magnetosphäre war.

Die Wissenschaft dahinter

Whistler sind nicht nur schön - sie sind wissenschaftlich wertvoll. Aus der Form eines Whistlers kann man berechnen:

• Die Elektronendichte entlang des Pfades
• Die Entfernung, die das Signal zurückgelegt hat
• Indirekt: die Form und Ausdehnung der Magnetosphäre

Bevor es Satelliten gab, waren Whistler eines der wenigen Werkzeuge, um die Magnetosphäre zu erforschen. Heute werden sie immer noch genutzt, um Modelle zu validieren und langfristige Änderungen zu beobachten.

Die Dispersion^¹⁹ eines Whistlers folgt einer mathematischen Formel. Wer will, kann aus einer Aufnahme die Plasmafrequenz und damit die Elektronendichte berechnen. Das ist Citizen Science^²⁰ im besten Sinne.

Verbindung zur Schumann-Resonanz

Die Schumann-Resonanz (7,83 Hz und ihre Obertöne) ist ein Verwandter der Sferics. Sie entsteht, weil der Hohlraum zwischen Erdoberfläche und Ionosphäre wie ein Resonator wirkt. Blitze regen diesen Resonator an - und er schwingt auf seinen Eigenfrequenzen.

Sferics, Tweeks, Whistler und Schumann-Resonanz sind alle Teil des gleichen Systems: Blitze als Sender, die Erde und ihre Atmosphäre als Übertragungsmedium. Nur die Wege und Frequenzen unterscheiden sich.

Fazit

Sferics und Whistler sind das natürliche Radio der Erde. Sie brauchen keinen Sender außer Blitzen, keine Infrastruktur außer dem Erdmagnetfeld. Sie existieren seit Milliarden Jahren - wir haben nur vor hundert Jahren angefangen, ihnen zuzuhören.

Der Empfang ist technisch anspruchsvoller als UKW oder ADS-B. Du brauchst einen ruhigen Ort, etwas Geduld und die richtige Ausrüstung. Aber wenn du den ersten Whistler hörst - dieses unwirkliche, absteigende Pfeifen aus der Magnetosphäre - dann weißt du, warum sich der Aufwand lohnt.

Das ist kein Signal von einem Satelliten oder einem Sender. Das ist die Erde selbst, die mit dir spricht.

Weiterführend: Die Schumann-Resonanz | RTL-SDR für Einsteiger | Funk-Glossar