Der Blick in die "Hölle": Leuchtsterne in Nahaufnahme

Die Forschung an pyrogenem Material ist aufgrund der hohen Temperaturen und der gewaltigen Lichtleistungen sehr aufwendig, insbesondere, wenn Umgebungsbedingungen wie freier Fall oder rasche Fortbewegung mit hohen Geschwindigkeiten simuliert werden. Die unten gezeigten Studien wurden im stationären Abbrand gemacht, der Abstand des Sockels, auf dem die Sterne gezündet wurden bis zum oberen Bildrand beträgt ungefähr 30cm. Die entstehenden Abgase und Rauch wurden von einer Turbine hinter der Flamme abgesaugt. Optional können aus beliebigen Richtungen Luft oder Luft/Stickstoffgemische mit bis zu 200bar in die Flamme geblasen werden. Die Verbrennungtemperatur dieser Sterne betrug 2100°C-2500°C, also fast der halben Oberflächentemperatur der Sonne. Die Sterne waren allesamt Zylinder mit 1,4cm Durchmesser und 1,8cm Länge. Mit einem teilverspiegeletem Rasterlochgitter wurde die Intensität auf die verwendete elektronische Kamera angeglichen, mit dem gleichen Filter lassen sich diese Flammen auch mit dem Auge beobachten.

Das besondere an dem verwandten Filter ist seine gleichmäßige Durchlässigkeit im sichtbaren Spektrm, was die Auswertung erheblich vereinfacht. Die pysikalischen Parameter wie Lichtleistung und Frequenzverteilung des Lichtes lassen sich so räumlich aufgelöst wie total leicht entnehmen. Allerdings darf das Licht hier nicht nur als elektromagnetisches Wellenbündel betrachtet werden. Das Auge nimmt nämlich nicht nur Intensität und Farbanteil, also beispielsweise grün oder rot wahr, sondern die gesammte Verteilung über das Spektrum. Beispielsweise kann ein grüner Stern mit einem geringen Rot- oder Gelbanteil dem Auge schöner vorkommen, als ein Stern mit einem rein grünen Spektrum .

Dies hat biologische Gründe der Farbwahrnehmung, inbesondere im grünen Bereich. Dieser war über Jahrmillionen für die Identifizierung von Blättern und Pflanzen als Nahrungsmittel wichtig.

Die Vorgehensweise ist also eine Vorauswahl der Formel aufgrund pysikalischer Parameter und Entscheidung nach Augenmaß. Deshalb ist die Pyrotechnik, auch heute noch, eine quasi-empirische Wissenschaft mit unmittelbarer Nähe zur Kunst. Der Feuerwerker, ob nun der Hersteller oder Anwender, muß wissen was "schön" ist, also den Leuten gefällt und in der Schau zu den "aaahhhs" und "ooohhhs" führt.

Der Abbrand eines Kometen im Prüfstand. Die Zusammensetzung ist: 58% Bariumnitrat, 18% Magnesium, 16% PVC Pulver und 8% Epoxidharzbinder. Man beachte die Zone der Feststoffreaktion, in der die Flamme leicht gelblich scheint: Bei grünen Leuchtsätzen ist immer die Hauptschwierigkeit, diese Zone so klein und dunkel wie möglich zu halten, da ansonsten die Farbe des Sterns leicht ins gelbliche abgleitet.

Dieselbe Mischung, kurz nach den Anzünden an der linken, oberen Kante. Man sieht, daß die rechte Seite des Kometen noch kein Feuer gefangen hat.

Nochmals die gleiche Formel, halb abgebrannt. Gleichmäßiger Abbrand um die Zylinderachse, symetrische Flamme. Gut erkennbar die Zone um den Feststoff, in der die Schwarzkörperstrahlung überwiegt

Stark leichtmetall-haltiger roter Stern. Die Leichtmetallanteile speichern in ihrem Verbrennungsprodukt große Mengen Energie, halten sie praktisch in der Verbrennung fest, die dardurch schneller und heißer abläuft. Intensive rote Aura um eine Zone der Schwarzörperstrahlung mit überwiegend weißem Licht. Dieses wird hauptsächlich von festem Magnesiumoxid abgestrahlt. Bei dieser Art von Sternen muß sorgfältig zwischen Lichtausbeute und Farbtiefe abgewogen werden.

Das Gegenstück zum vorigen Stern. Dieser hier enthält weniger Leichtmetalle und Ammoniumperchlorat-zuschlag. Letzteres bildet aufgrund seiner gasförmigen Reaktionsprodukte große Flammwolken mit hohem Emmitergehalt an Strontiumchlorid. Angeregtes (heißes) Strontiumchlorid strahlt den Rotanteil des Licht aus.Gasförmige Produkte führen allerdings viel Wärme ab, die Verbrennungsgeschwindigkeit ist kleiner und die Strahlungsleistung nach Bolzmann erheblich geringer (L=T^4)

Die optimale Mischung. Der Schwarzkörperkern der Flamme ist hinreichend klein, die Lichtleistung aber ausreichend hoch, die Aura gleichmäßig und tiefrot. Durch sorgfältige Erprobung wurde diese Formel auf eine möglichst hohe Flammtemperatur bei geringem Schwarzkörperanteil abgestimmt. Zum Teil werden nämlich die Magnesiumoxidpartikel durch Chlorwasserstoff aus Ammoniumperchlorat zu Magnesiumchlorid umgesetzt, welches in der Flamme flüssig oder gasförmig ist und mit Strontium wieder Emitter bildet.

Roter Komet kurz vor dem Erlöschen. Die Flammentwicklung ist eher seitlich, die Flamme "zieht" über den Untergrund. Dies wird von der Geometrie des verbliebenen Pyrogens bedingt, rechts vorn gut zu sehen: Ein Fragment blockiert den Flammgasen den Weg. Einige Spritzel in der Flamme zu sehen.