Die Entdeckung der Kosmischen Strahlung

4.   Die Entdeckung der Kosmischen Strahlung

Abbildung 4-1 Viktor Franz Hess bei der Landung mit dem Fesselballon

4.1   Die ersten beiden Ballonflüge 1911

In der Erforschung des Ursprunges der sehr durchdringenden Strahlung, die für die Leitungseigenschaften der Atmosphäre verantwortlich gemacht werden musste, war man also an einem schwierigen Punkt angelangt:

Man hatte in der Radioaktivität die primäre Quelle für die Ionisation der Atmosphäre entdeckt, und man wusste bereits einigermaßen über die Verteilung der radioaktiven Substanzen in der Erde und in der Atmosphäre bescheid. Zählte man aber eins und eins zusammen und schloss man von der Verteilung der radioaktiven Substanzen in der Atmosphäre auf den Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit der Luft mit der Seehöhe, so wurden die theoretischen Vorhersagen nicht mehr von den praktischen Experimenten bestätigt, die es damals bereits, wenn auch in noch bescheidener Zahl, gab.

Würden alle Voraussetzungen stimmen, so müsste die Leitfähigkeit der Luft mit zunehmender Höhe rapide absinken. In einer Höhe von 100 Metern sollte man nur mehr um 36 % der Ionisationsrate an der Erdoberfläche messen können. Aber eben diese Annahme wurde durch die neuesten Ergebnisse der Experimentatoren nicht einfach entkräftet, sondern der Unhaltbarkeit anheim gestellt.

Wohl fand Theodor Wulf die radiogene Ionisation an der Spitze des Eifelturmes auf etwa 64 % geschwächt, doch hatte er stattdessen nur mehr 10 % des ursprünglichen Wertes erwartet.

K. Bergwitz, der als erster die neue Technologie der Freiballone für derartige Erkundungsfahrten nutzte, glaubte, in einer Höhe von 1300 Metern eine Abnahme der Ionisation auf 24 % festgestellt zu haben. Allerdings stellte sich später heraus, dass sein Messgerät während des Aufstieges durch den höhenbedingten Druckabfall vollkommen zerstört worden war, wodurch es beim besten Willen nichts anderes mehr als diese 24 % anzeigen konnte.

Gockel hingegen fand bei seiner zweiten Fahrt, bei der er einen verbesserten Wulf’schen Strahlungsapparat benutzte, sogar eine schwache Zunahme der Strahlung mit der Höhe. Allerdings waren auch seine Messergebnisse etwas unsicher: Auf Grund der leicht fragilen Bauweise seines Elektrometers war er gezwungen gewesen, für einen Ausgleich zwischen Innen- und Außendruck zu sorgen, wodurch alle Messwerte erst auf gleiche Dichte wie an der Erdoberfläche zurückgerechnet werden mussten. Das sorgte natürlich für zusätzliche Unsicherheiten.

Viktor Hess hatte nun das Glück, eine neue Konstruktion des Wulf’schen Strahlenapparates in seine Finger zu bekommen, der auf Grund seiner massiven Bauweise gleichermaßen für Unterwassermessungen wie für Messungen in großen Höhen mit konstantem Innendruck geeignet war. Damit fiel die Notwendigkeit für eine nachträgliche Reduzierung der Werte nach der Dichte auf der Erdoberfläche weg.

Nach den oben beschriebenen Ergebnissen dieser ersten Fahrt, die Hess mit dem neuen Messgerät durchführte, musste eigentlich daran gedacht werden, dass außer den radioaktiven Substanzen der Erdoberfläche noch andere Ionisatoren mit durchdringenden Strahlen in der Atmosphäre wirksam sein mussten, und dass deren Wirksamkeit mit der Höhe anscheinend noch anwuchs, sodass sie in der Lage waren, die nachgewiesene Abnahme der Strahlung der Erde mit der Höhe mehr als zu kompensieren!

Um diesem Problem weiter auf den Grund zu gehen, nahm Hess eine zweite Fahrt mit einem Freiballon in Angriff. Die Fahrt wurde in der Nacht vom 12. zum 13. Oktober des Jahres 1911 durchgeführt. Es wurde für den Aufstieg die Nacht gewählt, weil einerseits festgestellt werden sollte, ob etwa bei Nacht in der Höhe andere Strahlungswerte zu beobachten seien, als bei Tag. Andererseits sind bei Nacht günstigere Voraussetzungen für ein ruhigeres Manövrieren mit dem Freiballon gegeben. Erstens ist der Ballon leichter auf einer konstanten Höhe zu halten, wenn er nicht von der Sonne beschienen wird, was für längere Messungen sehr wichtig ist; zweitens sind erheblich längere Fahrtdauern ermöglicht, da der Gasverlust bei Nacht geringer als bei Tag ist.

Verwendung fand der leuchtgasgefüllte Freiballon Austria mit einem Volumen von 1200 m³. Ansonsten war dieser Ausflug von einer Pechsträhne gekennzeichnet: die Luftfeuchtigkeit war derartig hoch, dass die starke Kondensation am Ballon einen Aufstieg massiv erschwerte. So konnten einerseits nicht die größeren Höhen erreicht werden, von denen Hess träumte, und außerdem schlug das Schleppseil immer wieder hart am Boden auf, was durch resultierende Erschütterungen des Korbes das Ablesen der Messgeräte erschwerte. Zudem zog dichter Bodennebel auf, der zeitweise die Orientierung unmöglich machte, und zudem keine genauere Abschätzung der Flughöhe erlaubte. Außerdem war es für Hess schwierig, die Auswirkung des Niederschlages auf das Messergebnis abzuschätzen. Die wichtigsten Ergebnisse erhielt Hess dann, wenn die Nebeldecke sich regional auflöste, nämlich, dass auch in Höhen von 200 bis 400 Metern die Strahlung in der Nacht gleich groß wie bei Tag war.

Inzwischen hatte aber Hess eine ausgeprägte Leidenschaft für das Ballonfahren entwickelt, und so hatte er sich noch einige Möglichkeiten überlegt, wie man mit dieser Technologie die Erkenntnisse über das seltsame Verhalten der Ionisation der Luft vertiefen könnte.

1. Es ist notwendig, eine Messung gleichzeitig mit einem extrem dünnwandigen und einem dickwandigen Messgerät durchzuführen, um so die sehr durchdringende γ-Strahlung sowie für die weichere β-Strahlung gleichzeitig untersuchen zu können. Daraus würden sich wichtige Schlüsse über die Verteilung der radioaktiven Substanzen in der Atmosphäre ergeben.
2. Vor allem aber stehen noch Messungen in sehr großen Höhen bis 7000 Meter aus.
3. Bei einer Dauerfahrt wäre festzustellen, ob auch in größeren Höhen die bereits von Elster und Geitel gefundenen täglichen Schwankungen der Ionisation, und damit der Strahlung, zu beobachten seien, und ob in diesem Falle die Größe der Schwankungen in der Höhe verschieden von der an der Erdoberfläche ist.
4. Sollten auch in größeren Höhen die Strahlungswerte nicht erheblich geringer sein, als die am Erdboden gemessenen, so erwartete sich Hess einen Gewinn aus einer quantitativen Bestimmung des Emanationsgehaltes der Atmosphäre in dieser Höhe.

Eine Fortführung seiner Versuche in dieser Richtung hatte Hess bereits in Aussicht gestellt. [11]