Das Rätsel des Tunguska-Ereignisses 1908

Am 30. Juni 1908 (17. Juni nach dem Julianischen Kalender), um 07 Uhr 14 Minuten und 30 Sekunden Ortszeit, explodierte etwas am strahlend blauen Himmel über den einsamen Wäldern der sibirischen Taiga im Gebiet des Flusses Podkamennaja Tunguska (Steinige Tunguska) in der heutigen Region Krasnojarsk. Im Umkreis von 30 Kilometern wurden fast alle Bäume entwurzelt oder knickten um. Augenzeugen berichten von einer Feuerkugel, die hell glühend von Südosten nach Nordwesten über den Himmel raste. Im Explosionszentrum verbrannten zahlreiche Rentiere und große Teile des Waldes. Noch in 65 km Entfernung wurden in der nächstgelegen Siedlung vom Epizentrum, Wanawara, Fenster und Türen eingedrückt und eine Hitzewelle fegte durch den Ort, die aber glücklicherweise keine Verbrennungen verursachte. Zahlreiche Erdbebenstationen in Sibirien registrierten Bodenerschütterungen. Luftdruckschwankungen wurden noch in England registriert. In den folgenden Tagen traten ungewöhnlich „Weiße Nächte“ weit südlich bis Bordeaux auf. Wie nach einem großen Vulkanausbruch war die Durchsicht durch die Erdatmosphäre ein Jahr lang getrübt.

Viele Jahre ignoriert

Was geschah hier vor einem guten Jahrhundert? Obwohl hier ein außergewöhnliches Ereignis stattgefunden hatte, wurde es von der Wissenschaft weitgehend ignoriert. Zwar berichteten in den folgenden Tagen einige Lokalzeitungen darüber, aber offensichtlich drang die Nachricht nicht bis zu den Zentren in Mittel- und Osteuropa durch. Erst 19 Jahre später erreichte die erste Expedition das betroffene Gebiet. Erste Vermutungen hielten einen Meteoriteneinschlag für die Ursache der Explosion. Andere ernsthafte Untersuchungen nahmen an, dass ein Kometenkern über der sibirischen Taiga explosionsartig verdampfte und die damit verbundene Druckwelle die Schäden anrichtete.

Daneben vertraten andere Wissenschaftler die Ansicht, dass große Mengen aus dem Boden austretendes Methangas für das Ereignis anfangs des 20. Jahrhunderts verantwortliche waren. Das Gas entzündete sich, als es mit gewaltiger Energie kilometerhoch in die Luft schoss. Immerhin ist das Gebiet um den Fluss Podkamennaja Tunguska Teil des Sibirischen Trapp und war vor mehr als 250 Millionen Jahren in der Untertrias vulkanisch sehr aktiv. Deshalb halten die Vertreter dieser Theorien es für möglich, dass hier immer noch große Gasansammlungen tief im Boden verborgen sind.

Andererseits wurden auch exotische Erklärungsversuche wie der Durchgang eines mikroskopisch kleinen Schwarzen Lochs, Antimaterie oder sogar die Explosion eines außerirdischen Raumschiffs vorgebracht. Letztere sind aber nach heutigem Kenntnisstand völlig unhaltbar und werden deshalb nicht weiter beschrieben. Interessierte Leser finden dazu im Internet eine Fülle an mehr oder minder seriösem Material.

Im Folgenden betrachten wir die Kometen- bzw. Asteroidenhypothese, die inzwischen von den meisten Forschern als die wahrscheinlichste Ursache des Tunguska-Ereignisses akzeptiert wird. Allerdings war der Weg bis hierhin sehr beschwerlich. Da bis heute trotz intensiver Suche keine größeren Bruchstücke gefunden wurden, sind die Wissenschaftler auf eine Indizienkette aus unterschiedlichsten Untersuchungsmethoden angewiesen.

Da trotz zahlreicher Expeditionen über viele Jahrzehnte kein Einschlagkrater gefunden wurde, nimmt man an, dass der Himmelskörper nur eine geringe Dichte besaß, die dazu führte, dass er vor dem Auftreffen auf den Boden vollständig verdampfte. Doch gingen die Meinungen über die Natur des Objektes auseinander. Nach 1961 bevorzugten sowjetische Wissenschaftler die Kometentheorie, während westliche Forscher das Verdampfen eines Asteroiden favorisierten. Wohl wegen des damals herrschen Kalten Krieges ignorierten sich beide Gruppen weitgehendst, bis zu einer Konferenz im Juli 1996 in Bologna. Auch durften bis zur Perestroika keine westlichen Wissenschaftler das Gebiet in Sibirien betreten.

Einigkeit bestand nur darüber, dass am 30. Juni 1908 über Sibirien ein Komet oder Asteroid mit einem Durchmesser von 50—100 m in die Erdatmosphäre eindrang und in einer Höhe von 5—10 km über dem Boden die Energie von 10—50 Megatonnen TNT explosionsartig freisetzte.

Augenzeugenberichte

Schon kurz, nachdem am Magnetischen und Meteorologischen Institut in Irkutsk am 30. Juni 1908 das Erbeben Nr. 1536 registriert worden war, bat der Leiter des Instituts, Voznesenskij, seine Berichterstatter um Beobachtungsberichte darüber. Der Direktor der meteorologischen Station in Maritui am Baikalsee (Longo) lies 500 Augenzeugen befragen, die übereinstimmend von einem Feuerball, einem Boliden, berichteten:

„Ich saß auf dem Hocker vor meiner Haustür, als ein gewaltiger Blitz aufleuchtete“, erzählt Ilja Potapowitsch. „Es entstand so große Hitze, dass mein Hemd fast versengt wurde. Ich sah eine riesige Feuerkugel, die einen großen Teil des Himmels bedeckte. Danach wurde es dunkel und gleichzeitig spürte ich eine Explosion, die mich von meinem Hocker schleuderte. Ich verlor das Bewusstsein.“

„Eine große Gruppe der lokalen Bevölkerung bemerkte einen Feuerball im Nordwesten, der schräg herunter kam.“

„Die Arbeiter sahen einen feurigen Block fliegen, wohl von Südosten nach Nordwesten.“

„Die örtlichen Bauern erzählten mir, dass sie eine Art Feuerball im Norden fliegen sahen.“

„Einige der örtlichen Einwohner sahen ein längliches Objekt, dass zu einem Ende hin schmaler wurde, etwa ein Meter lang, als wäre es von der Sonne abgerissen … das Objekt flog über den Himmel und fiel im Nordwesten.“

„Ein Feuerball erschien am Himmel und bewegte sich von Südosten nach Nordwesten. Als der Ball den Horizont erreichte … sah er wie zwei Feuersäulen aus.“

Bemerkenswert ist der Umstand, dass keiner der Augenzeugen hervorhebt, einen rauchigen Schweif gesehen zu haben, wie er bei hellen Sternschnuppen beobachtet wird. In vielen Berichten wird noch nicht einmal ein Schweif erwähnt. Viele der Zeitzeugen berichteten von mehreren, bis zu 14 Explosionen.

Insgesamt liegen heute 708 Augenzeugenberichte einschließlich Zeitungsartikel aus 386 verschiedene Orten vor. Noch 500 km entfernt, an der Transsibirischen Eisenbahn, wurde der Feuerball gesehen und starke Erschütterungen, eine Druckwelle und Donnergeräusch wahrgenommen.

Doch die Berichte sind mit Vorsicht zu interpretieren, denn viele Berichte wurde erst 50 Jahre nach dem Ereignis aufgenommen. Aber die Häufigkeit der Übereinstimmungen in den Sichtungen lässt die Annahme zu, dass sie das Ereignis im Großen und Ganzen korrekt wiedergeben.

Es wird zwar immer berichtet, dass niemand bei dem Ereignis ums Leben kam, aber Roy Gallant berichtet 1994 in der Juni-Ausgabe der Zeitschrift Sky and Telescope das zwei Männer die Folgen der Explosion nicht überlebten. Einer starb an einem offenen Armbruch, nachdem er in einen Baum geschleudert worden war, ein anderer am Schock. Allerdings weicht Gallants kurze Wiedergabe des Berichts der Ewenkin Akulina, der Witwe des ersten Opfers, von dem des russischen Wissenschaftlers Innokenty Suslow in einigen Einzelheiten ab. Nach Gallant stirbt ein alter Mann, der Akulina und ihren Ehemann Iwan begleitet hatte an seinem offenen Armbruch. Bei Suslow erleidet der Ehemann, Iwan, die Verletzung und stirbt.

Erdbebenwellen, Luftdruckschwankungen und helle Nächte

Neben den mehr oder minder zuverlässigen Augenzeugenberichten, registrierten aber auch Seismographen in St. Petersburg, Irkutsk, Taschkent, Tiflis und sogar in Jena Erschütterungen wie bei einem Erdbeben der Stärke 4,5—5 auf der Richterskala. Die Auswertungen dieser Aufzeichnungen zeigen, dass das Tunguska-Ereignis um 01 Uhr 14 Minuten und 30 Sekunden mitteleuropäischer Zeit stattfand.

Viele Wetterstationen in Sibirien und Europa registrierten Druckwellen.

Zahlreiche Beobachter in Asien und Westeuropa berichteten über besonders helle Nächte und farbenprächtige Sonnenuntergänge schon ab der ersten Nacht nach dem Ereignis. Berichte kamen aus einem großen Gebiet, dass vom Jenissei im Osten bis zum Atlantik im Westen reichte. Das Phänomen konnte nördlich einer Linie Taschkent, Stawropol im nördlichen Kaukasus, Sewastopol und Bordeaux beobachtet werden. Da das Ereignis kurz nach der Sommersonnenwende stattfand, wurde die Sichtbarkeit der hellen Nächte durch den Bereich der Mitternachtssonne im Norden begrenzt. An manchen Orten konnte mitten in der Nacht die Zeitung gelesen werden. Nach dem 3. Juli wurde dann nichts Ungewöhnliches mehr gesehen. Wenn dafür das Tunguska-Ereignis verantwortlich ist, muss das in der Atmosphäre freigesetzte Material des Einschlagkörpers innerhalb von rund 10 Stunden eine Strecke von bis zu 6.000 km zurückgelegt haben.

Zur selben Zeit traten verstärkt Nachtleuchtende Wolken auf. Diese werden durch Eiskristalle in einer Höhe von rund 85 km gebildet. Zwar sind in den mittleren Breiten in dieser Zeit des Jahres Nachtleuchtende Wolken nichts Ungewöhnliches, aber die zeitliche Nähe zum Tunguska-Ereignis legt eine Verbindung nahe.

Am Magnetischen und Meteorologischen Observatorium in Irkutsk wurden 6 Minuten nach der Explosion für rund vier Stunden ungewöhnliche Störungen des irdischen Magnetfelds registriert. Ähnliche Magnetstürme traten nach den oberirdischen Atombombenversuchen in den 1950er und 1960er Jahren auf.

Am Smithsonian Astrophysical Observatory und am Mount Wilson Observatory in den USA stellten die Astronomen fest, dass sich die Transparenz des Himmels nach dem 30. Juni deutlich verringerte. Allerdings gab es 22 Vulkanausbrüche im Jahr 1908, von denen fünf außergewöhnlich stark waren. Diese können zu den beobachteten Effekten beigetragen haben. Leider gab es damals keine weiterführenden Untersuchungen, doch ist die Nähe zum Tunguska-Ereignis ein Indiz dafür, dass möglicherweise dafür das Material des Himmelskörpers die Ursache ist.

Trotzdem nahmen damals Behörden und Wissenschaftler kaum vom Tunguska-Ereignis Notiz. Zum einen ist die Region an dem Fluss Podkamennaja Tunguska sehr abgelegen und fast menschenleer. Andererseits richtete sich die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit in Europa und Russland zu Beginn des 20. Jahrhunderts auf die damals herrschenden politischen Umbrüche und Wirren, wie dem 1. Weltkrieg, der Russischen Revolution und dem russischen Bürgerkrieg.

Millionen umgestürzter Bäume

1921 las der russische Mineraloge Leonid Alexejewitsch Kulik in einem Abreißkalender des Jahres 1910 eine kurze Notiz über einen Meteoritenfall in Sibirien, den ein Zugreisender beobachtet hatte. In den nächsten sechs Jahre bemühte er sich, von der Russischen Akademie der Wissenschaften die Gelder und Genehmigung für eine Expedition nach Sibirien zu bekommen, um den vermuteten Eisenmeteoriten zu finden.

Er vermutete den Aufschlagpunkt im Gebier des Flusses Podkamennaja Tunguska (Steinige Tunguska), einem Nebenfluss des Jenissei, der sich durch die hügelige, mit Sümpfen durchsetzte, Taiga schlängelt. Im Sommer plagen Myriaden von Stechmücken und Pferdebremsen die wenigen Bewohner, meist Ewenken, die von der Rentierzucht und der Jagd auf Zobel, Bären und Füchse leben.

Als Kuliks Expedition nach vielen Widrigkeiten das Zentrum der Explosion erreichte, stieß sie im Umkreis von 30 km auf 80 Millionen umgestürzte Bäume, die strahlenförmig vom Explosionszentrum weg zeigten. Betroffen war eine Fläche von 2.150 Quadratkilometer, etwas weniger als das Saarland (2590 km2). Das  Gebiet hatte in etwa die Form eines Dreiecks mit abgerundeten Ecken, ähnlich einem Schmetterling. Im Epizentrum, in einem Gebiet mit einem Radius von 3 km, waren die Bäume verbrannt und die Äste gebrochen oder zeigten auf den Boden, sodass sie wie Telegrafenmasten als stumme Zeugen des rätselhaften Ereignisses in den Himmel ragten. Noch heute sind einige von ihnen dort zu finden. Die Fallrichtungen der Bäume zeigen alle auf einen Punkt mit den Koordinaten: 60° 53′ 9″ Nord und 101° 53′ 40″ Ost.

Die Anordnung der umgestürzten Bäume spricht für Druckwellen mehrerer Explosionen. Das passt zu den Augenzeugenberichten, die bis zu 14 Explosionen erwähnen.

Kulik findet im Epizentrum auch einige, wenige Meter tiefe und zehn bis 50 Meter durchmessende Mulden. Er kann sie aber nicht untersuchen, da die Vorräte zur Neige gehen. Auch konnte er den vermuteten Meteoriten nicht finden.

Viele Expeditionen, aber wenig belastbares

Auch nach rund hundert Jahren gelang es keiner der zahlreichen Expeditionen irgendwelche Überreste des Himmelskörpers finden. Expeditionen in den Jahren 1961–1962 der wissenschaftlichen Akademie der UdSSR fanden zwar magnetische Kügelchen kosmischen Ursprungs mit 20—100 Millionstel Meter Durchmesser. Aber es ist nicht sicher, ob sie wirklich vom Tunguska-Ereignis stammen, da sie überall auf der Erde vorkommen. Dasselbe gilt auch für winzige Kügelchen kosmischen Ursprungs, die in den 1980er Jahren entdeckt wurden.

Wegen des Fehlens fester Überreste des Himmelskörpers, d. h. von Meteoriten, suchten die Forscher nach anderen Auffälligkeiten, die die Kometen- bzw. Asteroidentheorie unterstützten. Selbst wenn der eingedrungene Himmelskörper vollständig verdampfte, sollten sich in den Pflanzen Spuren seines Materials finden lassen. Deshalb gruben die Expeditionsteilnehmer Löcher im Bereich des Epizentrums. In den Torfschichten aus dem Jahr 1908 fanden sie schließlich eine 37 mal höhere Iridiumkonzentration als in den anderen.

Es ist bekannt, dass hohe Iridiumkonzentrationen mit Meteoriteneinschlägen verbunden sind. So gibt es eine weltweite dünne Schicht Iridium, die rund 65 Millionen Jahre alt ist. Damals starben rund 50 % aller Tierarten aus, u. a. die Dinosaurier. Dieses Massenaussterben wird heute mit dem Einschlag eines 10 km großen Himmelskörpers nahe der Halbinsel Yukatan in Verbindung gebracht, der den 180 km durchmessender Krater Chicxulub hinterließ. Deshalb lässt sich kosmisches Material am Besten über die Iridiumkonzentration bestimmen.

Die in der Tunguska gefundenen Häufigkeiten der Platingruppenelemente Eisen, Aluminium, Silizium, Gold, Kupfer, Zinn, Chrom, Barium und Titan und der von Seltenen Erden sprechen für feste Bestandteile wie in CI-Chondriten. Die Anomalie ist nicht in den Basaltgesteinen der Umgebung zu finden. Deshalb kann für ihre Entstehung eine vulkanische Aktivität ausgeschlossen werden.

Chondrite – Steine aus dem All

86 Prozent aller Meteoriten sind Chondrite, d. h. Steinmeteorite. Kleine Silikatkügelchen, die so genannten Chondren, die in einer feinkörnigen Grundmasse eingeschlossen sind, geben ihnen den Namen. Die Chondriten enthalten vorwiegend die Mineralien Olivin, Pyroxen und Plagioklas. Daneben sind aber auch metallisches Nickeleisen und Eisensulfid (Troilit) vorhanden.

CI-Chondrite sind recht fragile, poröse Gesteine und zerfallen beim Durchqueren der Atmosphäre sehr leicht. Deshalb findet man auch nur relativ kleine Bruchstücke. Beim Revelstoke-Fall war zwar am 31. März 1965 ein riesiger Feuerball zu sehen, gefunden wurden aber nur zwei Fragmente unter einem Gramm Gesamtgewicht!

CI-Chondrite besitzen eine matte, schwarze Schmelzkruste, die sich oft nur sehr schwer von ihrer uniformen Matrix im Innern unterscheiden lässt. Die opake Matrix ist schwarz gefärbt aufgrund des hohen Gehalts an kohlenstoffreichem Material, feinkörnigem Magnetit und (untergeordnetem) Pyrrhotit. Sie kann auch weißgefärbte, wasserhaltige Karbonate und Sulfate führen.

Meist fehlen CI-Chondrite deutliche Chondren, aber winzige Chondrenfragmente und Kalzium-Aluminium-reiche Einschlüsse (engl. CAI) wie beim Revelstoke-Meteorit, kommen vor, wenn auch nur sehr selten.

Uneinheitliche Ergebnisse

Untersuchungen im Zentralbereich des Tunguskaereignisses zeigen, dass das außerirdische Material nicht gleichmäßig verteilt ist. In einigen Grabungslöchern im Torf wurden erhöhte Iridiumkonzentrationen gefunden, in anderen nicht. Das passt zu den Augenzeugenberichten, dass es mehrere Explosionen gab mit einer Hauptexplosion in großer Höhe und mehreren kleineren in geringerer Höhe. Es gibt aber keine systematische Untersuchung dazu.

Auch die Verhältnisse der Isotopenhäufigkeiten von 13 C zu 14 C deuten auf einen extraterrestrischen Ursprung des Materials hin. Allerdings finden sich solche Verhältnisse nicht bei den meisten CI-Chondriten.

Insgesamt passen die Ergebnisse auch zu einem Kometen mit geringem Staubanteil.

Die Anomalie der Kohlenstoffisotope spricht auch gegen eine Methanexplosion, wie sie von dem deutschen Forscher Wolfgang Kundt vorgeschlagen wurde.

Ähnliches gilt für schweren Stickstoff (15 N). Die höchsten Konzentrationen wurden im Zentrum und entlang der Flugbahn gefunden.

Dennoch sind die Ergebnisse mit Unsicherheiten behaftet, weil die dazu notwendigen atmosphärischen und biologischen Prozesse nur grob bekannt sind. Material des Himmelskörpers, das nach dem Einschlag auf dem Boden deponiert wurde, wurde durch Niederschläge im Boden verteilt und in den folgenden Jahren von Moosen und Pflanzen aufgenommen. Deshalb lässt die Lage der Torfschicht für das Jahr 1908 nicht genau festlegen. Tatsächlich wurden mehrere Zentimeter dicke Torflagen untersucht. Aber diese bilden sich erst über mehrere Jahre.

Nach einem Einschlag wird Material des Himmelskörpers durch Winde über den Erdball verteilt. Aber in Eisbohrkernen aus der Antarktis, Nord- und Südgrönland wurden keine erhöhten Konzentrationen gemessen, die zum Tunguska-Ereignis passen. Das spricht gegen die Annahme eines Steinmeteoriten, passt aber zu einem Auftreffen eines Kometenkerns mit geringem Staubanteil, weil dann die Menge des Niederschlags des Himmelskörpers in den jährlichen Ablagerungen außerirdischen Materials untergeht.

Während einer Expedition im Jahr 1988 findet Andrej E. Zlobin drei Steine mit Schmelzspuren im Bett des Flusses Kuschmo und kommt zu dem Ergebnis, dass hier ein Kometenkern explosionsartig verdampfte. Leider wurden an diesen Fundobjekten keiner weiteren chemischen und physikalischen Untersuchungen durchgeführt.

Anfang der 1990er Jahre findet eine Gruppe um den italienischen Wissenschaftler Giuseppe Longo von der Universität Bologna in Baumharzen aus dem Jahr 1908 hohe Konzentrationen der Elemente Gold, Titan und Kupfer. Es bleibt allerdings unklar, ob diese wirklich von einem Meteoriten stammen.

Auch die von Luca Gasperini vorgebrachte Vermutung, dass der Tscheko-See nordwestlich vom Epizentrum ein Einschlagkrater des Tunguska-Ereignisses ist, gilt heute als ziemlich unwahrscheinlich. Gasperini stützte seine Vermutung zum einen darauf, dass der See auf alten Karten vor 1908 nicht eingezeichnet ist. Außerdem zeigt er eine leichte magnetische Anomalie. Nach seismischen Messungen soll sich unterhalb des Seegrunds ein steiniges Objekt befinden. Kritiker hielten dagegen, dass die alten Karten oft sehr unzuverlässig sind. 2016 untersuchten russische Wissenschaftler den See noch einmal. Ihren Ergebnissen zufolge ist der See jedoch mehr als 280 Jahre alt, möglicherweise noch älter.

Allgemein gilt, dass trotz zahlreicher Expeditionen in das Gebiet, inzwischen fast jährlich, viele Fakten immer noch unsicher sind.

Modellrechnungen

Ohne Überreste des Boliden vom 30. Juni 1908 und widersprüchlichen Ergebnissen von etwa 80 Expeditionen in das Einschlaggebiet, tappten die Forschergruppen für viele Jahrzehnte im Finstern. Mit unterschiedlichsten Theorien versuchten sie Licht ins Dunkel des Ereignisses zu bringen. Aber ein stimmiges Bild wollte sich nicht ergeben. Erst fast 90 Jahre später lieferte der Einschlag des Kometen Shoemaker-Levy 9 auf dem Planeten Jupiter die entscheidenden Hinweise für das Verständnis des Tunguska-Ereignisses. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse gestattete es dann auch, den Ablauf des Meteoritenfalls von Tscheljabinsk am 15. Februar 2013 zu verstehen. Obwohl dieses Ereignis deutlich schwächer war als das über der Tunguska, gab es in und um Tscheljabinsk mehr als 1500 Verletzte, vorwiegend durch berstende Fensterscheiben, als die Druckwelle auftraf.

Wenn ein Himmelskörper, sei es ein Kometenkern oder ein Asteroid, in die Erdatmosphäre eindringt, laufen drei physikalische Prozesse ab, die die Bewegungsenergie des Körpers umwandeln. Zum einen wird das eindringende Objekt abgebremst, wobei sich die umgebende Luft stark erhitzt. Deren Wärmestrahlung und die Reibungshitze bringen die Oberfläche des Eindringlings zum Schmelzen und tragen bis zu 95 % des Materials ab. Schließlich führen die auftretenden Druckkräfte dazu, dass der Körper zerbricht.

In den 1980 Jahren wuchs die Erkenntnis, dass dem Fragmentierungsprozess, bei dem der eindringende Himmelskörper in immer kleinere Teile zerbricht, die in den Modellrechnungen für sich weiter verfolgt werden müssen, eine entscheidende Bedeutung zum Verstehen des Tunguska-Ereignisses zukommt. Die Komplexität der dabei ablaufenden Prozesse zwang die Forscher aber zu vereinfachenden Annahmen, wenn sie die Abläufe im Computer nachvollziehen wollen.

In den 1990er Jahren betrachteten die Wissenschaftler das Auseinanderbrechen des Objekts, als ob es sich verflüssigt hätte. Dabei nimmt es die Form eines Pfannkuchens an, der sich quer zur Flugrichtung ausbreitet. Später, als Rechnerleistungen immer besser wurden, betrachtete man bei den Berechnungen das Verhalten der einzelnen Bruchstücke getrennt. Moderne Computermodelle verbinden nun beide Ideen, indem sie manche Fragmente wie Staubwolken betrachten, die dem Pfannkuchenmodell gehorchen, und andere als einzelne Bruchstücke verfolgen.

Allerdings berücksichtigen diese Berechnungen nicht die Ausbreitung der atmosphärischen Druck- und Schockwellen, auch nicht deren Wechselwirkungen mit der Erdoberfläche. Dazu werden wesentlich aufwendigere, hydrodynamische Rechnungen benötigt, die auch die Ausbreitung der Strahlung des erhitzen Materials erfassen.

Die Theoretiker beschäftigten sich allerdings bis etwa 1994 vorwiegend mit Einschlägen großer Himmelskörper, wie dem, der vor rund 65 Millionen Jahren, an der Grenze zwischen Kreide und Tertiär, im heutigen Yukatan einschlug und den Chicxulub-Krater schuf.

Doch 1993 änderte sich die Situation dramatisch, als entdeckt wurde, dass der Komet Shoemaker-Levy 9 auf dem Planeten Jupiter einschlagen wird. Der Komet sollte auf der Nachtseite des Planeten auftreffen und von der Erde nicht direkt beobachtbar sein. Aber es gab Schätzungen, dass sich möglicherweise ein Feuerball bilden würde, der sich soweit über den Rand des Planeten erheben würde, dass diese Explosionswolke kurz nach dem Einschlag für irdische Teleskope sichtbar werden würde. So machten sich die Theoretiker an die Arbeit, um ihren beobachtenden Kollegen die bestmöglichen Vorhersagen an die Hand zu geben. Die dabei entstanden verbesserten Computermodelle brachten schließlich den Durchbruch für das Verständnis des Tunguska-Ereignisses.

Die Berechnungen zeigten, dass sich die Kometenfragmente noch bei sehr hoher Geschwindigkeit, nur wenig unterhalb der Eintrittsgeschwindigkeit, auflösen und vollständig verdampfen. Die eigentlich Abbremsung findet erst danach statt, wobei ein gasförmiger heißer Jet entsteht. Ganz ähnliche Vorgänge ergeben sich auch für das Tunguska-Ereignis.

Des Rätsels Lösung

Nach aktuellem Kenntnisstand drang am 30. Juni 1908 ein 60—100 Meter durchmessender Kometenkern mit geringen Staubanteil oder ein Kohliger Chondrit mit etwa 20 km pro Sekunde in die Erdatmosphäre ein. Der Eintritt in unsere Lufthülle fand in einer Höhe von 1.300 km über dem östlichen Baikalsee statt. Anschließend flog der Bolide in nordwestlicher Richtung weiter. Vor dem Objekt bildete sich eine Stoßwelle, in der die Atmosphäre stark verdichtet und erhitzt wurde. Deren Hitze bringt Teile der Oberfläche des Objekts zum Schmelzen und Verdampfen. Diesen Vorgang nennt man Ablation. Dann entsteht ein Feuerball aus heißen Gasen und dem erhitzen Himmelskörper, der seine Energie vorwiegend im sichtbaren Licht und im Infraroten abstrahlt. Hinter dem Feuerball bildete sich ein Schlauch geringer Dichte, in dem hohe Temperaturen herrschen. In einer Höhe von 30 km beginnt sich der Himmelskörper aufzulösen und dehnt sich senkrecht zur Flugrichtung aus (Pfannkuchenmodell), bis er auf einer Höhe von 20 km doppelt so breit ist wie am Anfang. Jetzt ist er kurz davor, sich vollständig aufzulösen. Zwischen 20 und 16 km bewegen sich kleine Teile immer noch mit hoher Geschwindigkeit und werden rasch in einen gasförmigen Jet umgewandelt, einer Mischung aus winzigen Fragmenten, Tropfen geschmolzenen Materials und heißem Gas. Danach wird der Jet rasch abgebremst und kommt in etwa sechs Kilometern Höhe zum Stillstand. Innerhalb des Jets ist die Gasdichte um rund zwei Größenordnungen geringer als in der umgebenden Luft, aber seine Temperatur beträgt mehrere tausend Grad. Inzwischen breiten sich beim Durchgang durch die Atmosphäre erzeugten Schockwellen weiter aus und treffen nach Sekunden oder Minuten, je nachdem in welcher Höhe sie entstanden sind, auf den Boden. Das sind die Explosionsgeräusche, über die Augenzeugen berichteten. Beim Auftreffen auf den Boden, entstehen darin Wellen wie bei einem Erdbeben. Für Energien zwischen 7 und 18 Megatonnen TNT produzierte das Tunguska-Ereignis ein Erdbeben der Stärke 4,8 bis 5,0. Selbst in einer Entfernung von 5 km vom Epizentrum ist der Druck der Schockfront immer noch um 50 % größer als der Luftdruck in der Umgebung. Selbst 50 km vom Epizentrum entfernt beträgt der Drucküberschuss immer 10 %, hoch genug um Schäden anzurichten. Abschätzungen der durch den entstandenen Wind an den Bäumen aufgetretenen Schäden und deren Verteilung stimmen gut mit Kuliks Beobachtungen überein.

Beobachter des Tunguska-Ereignisses berichten von einer nach oben aufsteigenden Explosionswolke, einer Plume. Auch dieser Vorgang lässt sich inzwischen im Computer rekonstruieren. Fast die gesamte Energie des Eindringlings verbleibt während des Eindringens in seinem Schweif. Dessen heiße Gase erzeugen einen Aufrieb, der die Wolke innerhalb von drei Minuten auf eine Höhe von 400 km anwachsen lässt. Die Plume besitzt zwei unterschiedliche Bestandteile. Unterhalb von 80 km hat sich ein schmaler Stamm gebildet. Seine Bestandteile regnen schließlich langsam ab und verteilen sich innerhalb einiger hundert Kilometer um das Explosionszentrum. Schließlich fällt der obere Teil der Plume in sich zusammen. Dabei erzeugt er starke Winde in der Thermosphäre der Atmosphäre, die rund 100 km über dem Boden beginnt und bis auf 500—600 Kilometern hinaufreicht. Diese Stürme breiten das Material innerhalb einer halben Stunde über eine Entfernung von bis zu 2000 km aus.

Die Plume befördert nicht nur das Material des eingedrungenen Himmelskörpers in große Höhen, sondern auch Wasserdampf aus den tieferen Schichten der Erdatmosphäre auf 50 bis 80 Kilometern Höhe, wo er sich längere Zeit aufhalten kann. Die staubartigen Bestandteile des Himmelskörpers sorgen dafür, dass sich um sie herum Eiskristalle bilden, die Grundlage für Nachleuchtende Wolken. Möglicherweise erreichte die Tunguskawolke innerhalb 20 Stunden das nördliche Europa und sorgte für die hellen Nächte.

Die zusammenbrechende Explosionswolke erzeugte merkbare Schwingungen in der höheren Atmosphäre, die Störungen in der E-Schicht der Ionosphäre hervorriefen. In dieser Schicht fließen elektrische Ströme. Wenn deren Stärke schwankt, zeigen Magnetometer Störungen des irdischen Magnetfelds an.

Nach jahrzehntelangen Untersuchungen und Berechnungen haben Wissenschaftler das Geheimnis um das Tunguska-Ereignis gelüftet. Offen bleibt weiterhin die Frage nach der Natur des eingedrungenen Himmelskörpers. Ob es ein Asteroid oder Kometenkern waren, lässt sich vielleicht nie sicher beantworten. Dazu müssen größere feste Überreste gefunden werden.

Der kleine Bruder über Tscheljabinsk

Im Gegensatz zum Tunguska-Ereignis gab es beim Meteoritenfall bei der russischen Stadt Tscheljabinsk im Februar 2013 keine Plume (Bild 5). Die Computerberechnungen zeigen aber, dass das Objekt und sein Schweifdurchmesser zu klein waren. Dadurch konnten sich keine Instabilitäten ausbilden, die stark genug waren, das Material in die Höhe zu befördern. Außerdem spielt die Bahnneigung beim Eindringen eine Rolle. Je steiler ein Objekt einfällt, umso eher entsteht eine Explosionswolke. Das Tscheljabinsk-Objekt traf aber mit 17 Grad Neigung relativ flach auf die Erdatmosphäre. Alles in Allem lassen sich für dieses Ereignis die Abläufe in den theoretischen Berechnungen gut nachvollziehen.

Was tun im Ernstfall?

Obwohl das Objekt für Tscheljabinsk-Ereignis deutlich kleiner als das Tunguska-Objekt war, richtete es beträchtliche Schäden an. Es ist bekannt, dass die Hitzewelle des Tunguska-Ereignisses das Gebiet um das Epizentrum in Brand setzte. Wenn das Geschehen von 1908 – oder ein noch stärkeres – heute über einer modernen Großstadt wie Hamburg stattfinden würde, wären seine Auswirkungen erheblich katastrophaler als damals in der nahezu menschenleeren Taiga. Schätzungen, wie oft solche Ereignisse stattfinden, bewegen sich alle 100 und 10.000 Jahren, wobei Experten die Häufigkeit seit dem Tscheljabinsk-Ereignis eher in der Nähe des unteren Wertes vermuten. Überwachungsprogramme, die jede Nacht den Himmel nach potentiell gefährlichen Objekten in der Nähe der Erde absuchen, haben inzwischen wohl mehr als 85 % aller möglicherweise gefährlichen Kandidaten gefunden, die größer al 1 km sind. Aber es gibt mehr kleinere Himmelskörper als größere. Genaue Zahlen sind aber nicht bekannt. Bisher können sich die Wissenschaftler nur auf die bekannten Ereignisse verlassen. Aber deren Anzahl ist zu gering, um das Gefahrenpotential verlässlich abzuschätzen. Glücklicherweise wirkt der Schutz der Erdatmosphäre umso stärker, je kleiner das eindringende Objekt ist, jedoch zeigen die beiden beschriebenen Ereignisse, dass auch dabei Druckwellen zu erhebliche Schäden und Verletzungen führen.

Um Personenschäden so gering wie möglich zu halten, empfehlen daher die beiden Wissenschaftler Natalia Artemieva vom Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, und Waleri Schuwalow von der Russischen Akademie der Wissenschaften die Bevölkerung über die Gefahren und Vorsichtsmaßnahmen eines Kometen- oder Meteoriteneinschlags zu informieren. Behörden, Rettungs- und Katastrophendienste sollten entsprechend geschult werden, um im Ernstfall rasch und effektiv reagieren zu können.

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Über den Autor Dr. Hans Zekl

Hans W. Zekl, Jahrgang 1949, ist Astrophysiker, Softwareentwickler und Wissenschaftsjournalist und seit Februar 2017 in Rente. Seine wissenschaftliche Laufbahn begann er an der Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl und setzte sie danach am Physikalischen Institut der Universität Frankfurt am Main fort. Seine Forschungsschwerpunkte waren Spektralklassifikation, Hyperriesen, BL Lac-Objekte und theoretische Rechnungen zur Wechselwirkungen zwischen Sternen und dem interstellaren Gas.

Später wechselte er in die IT-Branche und arbeitete in mehreren Firmen bis zum Beginn seines Ruhestandes als Softwareentwickler und Projektleiter.

Daneben kam er noch während seiner Zeit an der Frankfurter Universität mit den Medien in Kontakt. Seitdem hielt er öffentliche Vorträge, meist über astronomische Themen, und veröffentlichte zahlreiche Artikel in Zeitungen, Zeitschriften und Online-Medien. Beim ZDF und "Spektrum der Wissenschaft" leistete er dazu mehrwöchige Praktika ab.

Hans Zekl besitzt auch Erfahrungen als wissenschaftlicher Reiseleiter für Beobachtung des Kometen Halley in Neuseeland und totalen Sonnenfinsternissen in Mexiko, Curacao, Bolivien, China, Ägypten und Russland. Zur Zeit begleitet er in den Herbst- und Wintermonaten Reisende auf den Hurtigrutenschiffen auf den Themenreisen "Nordlicht und Sterne".

Hans Zekl ist Mitglied der Internationalen Astronomischen Union (IAU), der Astronomischen Gesellschaft (AG) und der Starkenburg-Sternwarte in Heppenheim. 

Quellen:

Artemieva, N.A., Shuvalov, V.V. „From Tunguska to Chelyabinsk via Jupiter“, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, Vol. 44, 37ff (2016)

Beautiful and mysterious: but was Lake Cheko formed from the exploding Tunguska meteorite?Sibirean Times 23. Januar 2017

Kolesnikov, E.M. et al. in „Comet/Asteroid Impacts and Human Society“ (Bobrowsky, P.T., Rickman, H., Hrsg., Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007), 291ff (Kapitel 17)

„Fall of Revelstoke Stony Meteorite, Canada“, The Meteoritical Bulletin, No. 34, November 1965, Moskau

Longo, G. „The Tunguska Event“ in „Comet/Asteroid Impacts and Human Society“ (Bobrowsky, P.T., Rickman, H., Hrsg., Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007), 303ff (Kapitel 18)

Svetsov, V. Shuvalov, V. „Tunguska Catastrophe of 30 June 1908“ in „Catastrophic Events Caused by Cosmic Objects“ (Adushkin, V, Nemchinov, I., Hrsg., Springer, 2008, 227ff (Kapitel 7)

Suslov, I. M., „Questioning Witnesses in 1926 about the Tunguska Catastrophe”, RIAP Bulletin, Vol. 10, S. 16Ff (2006)

Horn, P. „Die praktische Arbeit über Impakt – das Beispiel ‚Tunguska‘“ in Beiträge zum Göttinger Umwelthistorischen Kolloquium 2009 – 2010, Herrmann, Bernd (Hrsg.), 124ff (Kapitel 6)

Zlobin, A.E., Discovery of probably Tunguska meteorites at the bottom of Khushmo river's shoal (2013)

de.wikipedia.org/wiki/Tunguska-Ereignis

www.faz.net/aktuell/wissen/erde-klima/tunguska-asteroid-feuerwerk-ueber-der-taiga-1492326.html

www.spiegel.de/wissenschaft/natur/tunguska-explosion-der-tag-an-dem-sich-der-himmel-teilte-a-562316-druck.html

www.newscientist.com/blog/space/2007/06/have-researchers-found-tunguska-crater.html

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Gasperini, L. et al., „A possible impact crater for the 1908 Tunguska Event”, Terra Nova, 19, 245ff (2007)

www.spiegel.de/wissenschaft/natur/tunguska-explosion-der-tag-an-dem-sich-der-himmel-teilte-a-562316-druck.html

www.nature.com/news/rock-samples-suggest-meteor-caused-tunguska-blast-1.13163

www.nature.com/news/2008/080625/pdf/4531157a.pdf

phys.org/news/2013-06-reexamination-samples-meteoritic-tunguska-cosmic.html

www.geo.de/natur/7197-rtkl-30-juni-1908-tunguska-flammen

Eyewitness accounts of the Tunguska Event

tunguska.tsc.ru/ru/science/1/0/7/

www.openstreetmap.org/search

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