Die Lage vor Viktor Hess

3.4.2   Die Jäger gehen in die Luft - Albert Gockel

Um 1910 war man sich sicher, dass die Hauptquelle der ständigen Luftionisation, und damit auch der hauptverantwortliche Faktor für die Leitfähigkeit der Luft, eine durchdringende γ-Strahlung sei. Die Argumentation, die zu dieser Annahme führte, wurde wie folgt geführt:

Da die ionisierende Strahlung im wesentlichen die Ursache der Ionisation war, dachte man, dass es möglich sein sollte, über die Leitfähigkeit der Luft auf diese Strahlung zurückzuschließen, was man sich in den Versuchen mit den Wulf’schen Elektrometern und Ionisationskammern zu Nutzen machte. Dass die Strahlung sehr durchdringend sein musste, erkannte man schon an der Tatsache, dass auch in Elektrometern, die mit einigen Zentimetern Blei abgeschirmt waren, eine Abnahme des Potentials durch einen Ionisationsstrom zu verzeichnen war. Das musste bedeuten, dass die ionisierende Strahlung durch das Blei hindurch das Elektrometer entladen konnte, was von einer hohen Durchdringlichkeit der Strahlung zeugte. Nun wusste man von irdischen radioaktiven Strahlungsquellen, dass gerade die γ-Strahlung sehr durchdringend ist, während die schweren α-Teilchen und die Elektronen der β-Strahlung sehr leicht abzuschirmen sind. Aus diesen Gründen ging man zur Annahme über, dass diese geheimnisvolle, sehr durchdringende Strahlung natürlich von ihrer Natur her γ-Strahlung sein musste.

Was noch immer im Zweifel lag, war, wo diese Strahlung ihren Ursprung haben sollte. Naheliegend Hypothesen für die Strahlungsquellen waren:

• der Erdboden und in ihm enthaltene radioaktive Stoffe. Tatsächlich ist die Erde auch eine Quelle von Radioaktivität und von ionisierender Strahlung, wie sich leicht zeigen lässt. Weitere Messungen sollten prüfen, ob die Erdoberfläche die einzige Quelle ist, oder ob noch andere in Betracht gezogen werden müssen.
• die Atmosphäre und in ihr enthaltene radioaktive Stoffe. Zur Prüfung dieser Hypothese waren Messungen in größeren Höhen notwendig, die noch ausstanden.
• andere, bisher unbeachtete oder unbekannte Quellen.

Man wusste bereits aus Experimenten, dass radioaktive Strahlung beim Durchdringen von Materie proportional zu deren Dichte absorbiert wird, was neben den weniger durchdringenden α- und β-Strahlen auch für die sehr durchdringende γ-Strahlung gilt. Nach Berechnungen des englischen Physikers Adam S. Eve sollte ein Weg von hundert Metern durch die Atmosphäre ausreichen, um die γ-Strahlung in ihrer ionisierenden Wirkung praktisch zu neutralisieren. Das bedeutet, dass die Leitfähigkeit der Atmosphäre, die nach neuesten Erkenntnissen ja erst durch die ionisierende Wirkung radioaktiver Strahlung gegeben war, in einer Höhe von einigen hundert Metern über der Erdoberfläche gegen null gehen musste, wenn die Hauptquelle der gesuchten Ionisation tatsächlich der Erdboden sein sollte. Diesen Sachverhalt wollte man untersuchen, und der Züricher Albert Gockel war einer der ersten, die den Wulf’schen Strahlungsapparat, der im vorigen Kapitel als Wulf’sches Elektrometer beschrieben ist, verwendeten, um während Luftfahrten mit Hilfe eines Ballons die Leitfähigkeit der Atmosphäre in Abhängigkeit der Seehöhe zu untersuchen.

Für seine Messungen verwendete Albert Gockel einen dünnwandigen Wulf’schen Strahlungsapparat mit den Standardeigenschaften, mit denen dieses Messgerät damals produziert wurde: Volumen des Luftraumes = 2700 cm³, eine Kapazität von 1.2 cm (entspricht 1.3 pF). Ein Potentialsverlust von einer Voltstunde entsprach daher einer mittleren Ionisationsrate von 0.88 Ionen·s^-1·cm^-3.

Der dünnwandige Apparat konnte für die Luftreise nicht luftdicht verschlossen werden, da auf Grund des Luftdruckgefälles mit zunehmender Höhe der innere Überdruck zur Zerstörung des Gerätes führen hätte können. Während des Aufstieges kam es also zum Druckausgleich des Innenraumes des Elektrometers mit der Außenluft, indem durch einen Gummischlauch Luft zwischen der Atmosphäre und dem Inneren des Gerätes ausgetauscht werden konnte.

Die Ionisationsrate im Inneren des Gefäßes ist proportional zur Luftdichte. Die Luftdichte ändert sich bei einem Aufstieg bis in eine Höhe von 2800 Metern etwa im Verhältnis von 720:500. Die Ionisationsrate lässt hingegen eine solche Abnahme nicht erkennen. Albert Gockel folgerte also vorsichtig aus seinen Resultaten, dass sogar eine gewisse Zunahme der Strahlung mit der Höhe erkennbar sei. Genaueres konnte Gockel wegen des folgenden Zwischenfalls nicht sagen: Er hatte bei seiner ersten Ballonfahrt ein dickwandiges, luftdichtes Messgerät mitgenommen, zu dem Zwecke, die radiogene Ionisation bei konstantem inneren Luftdruck des Messgerätes zu bestimmen. Entsprechend seiner Annahmen nahm in diesem Gerät die Ionisationsrate weitaus weniger stark mit der Höhe ab, als es beim dünnwandigen der Fall war, bis es plötzlich zu einer Hess starken Abnahme der Messwerte kam und das Gerät von da an parallel zum dünnwandigen anzeigte. Gockel folgerte daraus, dass sein Messgerät undicht geworden war und entschied, diese für ihn zu unzuverlässigen Messwerte für eine Auswertung nicht zu verwenden und nur die Angaben des anderen Apparates zu benutzen. Gockel verglich die Ergebnisse seiner Messungen mit denen von D. Pacini aus Italien, H. Mache aus Innsbruck und vor allem denen von Theodor Wulf, der in dieser Zeit eine sehr prominente Figur unter den Forschern, die sich der Luftelektrizität verschrieben hatten, war. Pacini stellte Messungen in Schiffen am offenen Meer an, Mache in den Alpen in der Nähe von Innsbruck, und Theodor Wulf erklomm unter anderem den Eiffelturm. Keiner von ihnen jedoch hatte die Möglichkeit oder die Lust, mit einem Ballon aufzusteigen, obwohl Wulf selbst immer wieder in seinen Messberichten dazu angeregt hatte. [3,4,8]