Flammen, die durch Lagerfeuer, Streichhölzer oder ähnliches entstehen, haben eine sehr einfache und vorhersagbare Form. Doch Vedha Nayagam vom NASA Glenn Research Center in Cleveland und Forman Williams von der University of California in San Diego haben ein sehr ungewöhliches Flammenmuster erzeugt. Sie untersuchten das Verhalten einer Flamme, die auf einer rotierenden Oberfläche züngelte. Dazu verwendeten die Forscher einen Lötbrenner, den sie im 1,5fachen Abstand eines CD-Durchmessers unter die hängende Plastik-Scheibe hielten. Anschließend ließen sie die Scheibe mit Geschwindigkeiten zwischen zwei und zwanzig Umdrehungen in der Sekunde rotieren. Die Wissenschaftler stellten fest, daß sich immer dann eine spiralförmige Flamme bildete, wenn die Scheibe nicht heiß genug war, um mehr als eine Minute zu brennen. Die Scheibe drehte sich und die Flamme mit ihr. Allerdings bewegte sich diese immer in entgegegesetzte Richtung. Abgesehen von ihrer Spitze, die sich von einer Seite auf die andere schlängelte, veränderte sie dabei auch ihre Form nicht (Physical Review Letters vom 17. Januar 2000, Abstract). Die Wissenschaftler waren erstaunt, denn mit so etwas hatten sie nicht gerechnet. Allerdings haben sie auch schon eine Erklärung für das merkwürdige Muster.

Weil die Verbrennung Hitze, Sauerstoff und Brennmaterial benötigt, ist die Flammenbewegung durch das sensible Gleichgewicht zwischen der verwirbelten Luft an der Scheiben-Oberfläche und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammenfront bestimmt. Der Brennstoff war in diesem Fall das Plastik, welches durch die Hitze verdampfte. Wenn es zusammen mit dem Sauerstoff an einem bestimmten Punkt zur Neige gehen, verschwindet die Flamme und schlängelt nach kurzer Zeit wieder zurück. Dadurch haben Plastik- und Sauerstoff-Moleküle die Möglichkeit wieder nachzuströmen, und die Flamme brennt weiter. Die Dauer für diesen Vorgang beträgt ungefähr eine fünftel Sekunde. Nayagam und Williams können die Form der Flamme beeinflussen, indem sie eine bestimmte Flammen-Geschwindigkeit annehmen und ihre Kenntnisse über die Strömungsgeschwindigkeit des Gases neben der Scheibe ausnutzen.

Die Dynamik von spiralförmigen Mustern tritt in den verschiedensten Situationen auf. Beispeil dafür sind die elektrischen Signale des Herz-Muskels, die Belousov-Zhabotinskii-Reaktion, bei der durch eine Lösung farbige Wellen wandern, oder Flammen, die erzeugt werden, indem Sauerstoff und brennbare Gase vor dem Entzünden vermischt wurden. Doch bei keinem dieser Beispiele ist eine Diffusion der beteiligten Substanzen notwendig. Man spricht dann auch von angeregten Systemen. In diesen werden die spiralförmigen Wellen durch ein statisches Medium übertragen, wenn ein Parameter einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

William hofft, dieses Muster durch eine Theorie, die sich auf grundlegende physikalische Prinzipien stützt, erklären zu können. – Mit den angeregten Systemen ist das bisher noch nicht gelungen. Er ist überzeugt davon, daß ihm dabei die einfache Geometrie der Flammen und die gut untersuchten Verhältnisse der Luftzirkulation an der Scheibe zu Hilfe kommen.