Von Nordböhmen zur kosmischen Strahlung

Die kosmische Strahlung war lange Zeit eines der größten Geheimnisse der Wissenschaft. Entdeckt wurde sie vom österreichischen Physiker Victor Franz Hess, und zwar bei einer Ballonfahrt über Nordböhmen.

Henri Becquerel (Foto: Wikimedia Commons, Public Domain)

Ende des 19. Jahrhundert definierten französische Wissenschaftler – allen voran Henri Becquerel und das Ehepaar Curie – etwas, das das gesamte 20. Jahrhundert beeinflussen sollte. Michal Varady ist Astrophysiker an der Universität in Ústí nad Labem / Aussig an der Elbe:

„Damals entdeckte Becquerel die Radioaktivität. Schnell kam man darauf, dass bestimmte Quellen der Radioaktivität die Luft ionisieren können. Das kann man mit einem ganz gewöhnlichen Elektroskop aus dem Physik-Unterricht in der Schule nachweisen. Wenn man das Gerät auflädt, dann schlägt der Zeiger normalerweise aus. Mit der Zeit kehrt er aber in seine Ausgangsposition zurück. Das zeigt, dass das Elektroskop von irgendwoher eine entgegengesetzte Ladung aufnimmt. In der Luft müssen also irgendwelche Teilchen sein, die irgendeine Ladung tragen.“

Und damit begann die Jagd nach der sogenannten kosmischen Strahlung, auch wenn man damals noch nicht ahnte, dass diese aus dem Weltall stammt. Entdeckt wurde sie schließlich vom österreichischen Physiker und späteren Nobelpreisträger Victor Franz Hess:

„Man wollte wissen, ob diese Ladungen, also diese Strahlung mit zunehmender Höhe stärker wird. Das war auch der Gegenstand der Forschungen von Victor Hess. Er wollte feststellen, wie schnell sich solche Elektroskope in der Atmosphäre entladen.“

Franz Victor Hess während der Ballonfahrt 1912 (Quelle: American physical society, Wikimedia Commons, Public Domain)

In Frankreich versuchte das schon davor der deutsche Physiker und Priester Theodor Wulf. 1910 kletterte er mit seinen Messgeräten auf den Eifelturm in Paris und versuchte, die Strahlung aus dem Weltall aufzufangen. Doch die 324 Meter der extravaganten Stahlkonstruktion waren noch zu weit weg vom Kosmos. Franz Victor Hess wurde auf die Studien des Jesuiten aufmerksam und schmiedete einen eigenen Plan. Er wollte nämlich noch höher hinaus.

Mit dem Ballon an den Rand des Kosmos

1912 überredet Victor Franz Hess die Wiener Akademie der Wissenschaften, ihm Ballonfahrten für seine Forschungen zu finanzieren. Das Ja kommt schnell, und nach kurzer Zeit steigt Hess vom Prater aus in die Luft. Der Luftfahrt-Historiker Petr Vorliček hat sich mit den Himmelfahrten von Victor Franz Hess beschäftigt:

„Der erste Aufklärungsflug von Hess fand im April 1912 statt, da hatte er noch den Piloten Keller mit an Bord. Sie füllten ihren Ballon mit Leuchtgas, stiegen auf und überließen ihre Route dem Wind. Nach dem Start im Prater stiegen sie auf über 2000 Meter hoch und landeten nach ein paar Stunden bei Ceske Velenice.“

Victor Franz Hess (Foto: Globetemp, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

Es folgen fünf weitere Ballonfahrten mit ähnlichem Verlauf. Hess fliegt am Tag, in der Nacht und bei jedem Wetter. Ein befriedigendes Ergebnis bekommt er jedoch nicht, denn er kann keine größeren Strahlungsschwankungen feststellen. Bei den ersten Versuchen gibt es nämlich ein Problem: In Wien beginnt bereits das pannonische Becken, und der Ballon kann nicht die richtige Höhe erreichen – maximal steigt er auf knapp 3000 Meter. Und auch die Technik des Wiener Fluggerätes ist nicht ausgereift genug. Deshalb zieht es den Physiker in den Norden der Donaumonarchie, genauer gesagt ins damalige Aussig:

„Warum Hess für einen weiteren Start das heutige Ústí auswählte, hat gleich mehrere Gründe. Wichtig war der Luftfahrt-Verein, der in der Region seinen Sitz hatte. Dieser stellte Hess zwar einen etwas kleineren Ballon zur Verfügung, gefüllt war dieser jedoch mit Wasserstoff, der in Ústí produziert wurde.“

Und gerade dadurch ist gewährleistet, dass der Ballon noch höher steigt.

Nordböhmen als Region der Flugpioniere

Foto: Public Domain

Tatsächlich hat die Ballonfahrt in der Grenzregion zu Sachsen eine lange Tradition. Petr Vorliček hat sich eingehend mit der Geschichte der Luftfahrt in Nordböhmen beschäftigt:

„Ich habe im Kreisarchiv von Teplice geforscht und bin dort auf den Ballonfahrt-Verein mit dem Namen ‚Deutscher Luftfahrt Verein in Böhmen mit Sitz in Teplitz-Schönau‘ gestoßen. Die Mitglieder des Klubs gehörten alle zur Oberschicht von Teplice und Ústí, es waren also Industrielle, Fabrikbesitzer oder Adelige. Sie flogen erst einmal nur mit dem Ballon ‚Böhmen‘, den sie aus ihren eigenen Gelder finanziert hatten. Danach hatten sie einen weiteren Ballon zur Verfügung, dieser gehörte aber der bekannten nordböhmischen Seifen-Familie Schicht.“

Victor Franz Hess schwingt sich mit dem Ballon „Böhmen“ in die Lüfte. Davor und danach dient das Gefährt aber nicht der Wissenschaft, wie Petr Vorliček weiß:

„Die Mitglieder des Luftfahrverbandes flogen hauptsächlich zum Vergnügen mit ihren Ballonen durch die Gegend. Die wissenschaftliche Fahrt von Victor Franz Hess war da eine Ausnahme.“

Ein entscheidender Standortfaktor für die Luftfahrt in der Region ist die hochentwickelte Industrie, was später zu einem entscheidenden Vorteil für Victor Franz Hess wird:

Foto: Public Domain

„Die Ballone flogen einerseits von Teplice aus, wo der Luftfahrt-Verein seinen Sitz hatte. Dort wurden sie mit Leuchtgas befüllt. Ein anderer Startpunkt war Ústí, von dort aus stieg man aber mit Wasserstoff in die Lüfte. Übrigens war die nordböhmische Stadt der einzige Ort in der Monarchie, an dem damals Wasserstoff hergestellt wurde.“

Am frühen Morgen zur Jahrhundertentdeckung

Der Ballon mit Victor Franz Hess startet am 7. August 1912. Dazu müssen der Forscher und seine Begleiter früh aufstehen:

„Sie flogen am 7. August 1912 um 6.12 Uhr los. So früh am Morgen herrschte einfach eine ideale Strömung. Der Wind brachte sie hoch übers Erzgebirge, wodurch sie massiven Auftrieb bekamen. Das geschah, bevor die Thermik anfing zu wirken.“

Der Physiker aus Wien ist einiges gewohnt, ist er doch schon sechsmal zuvor in einem Heißluftballon aufgestiegen. Diesmal gestaltet sich die Fahrt jedoch etwas unbequem, denn die „Böhmen“ ist etwas kleiner als die Ballone in Wien. Victor Franz Hess selbst notiert in seinen Aufzeichnungen, Zitat:

Nobelpreis-Zeremonie 1936, Victor Franz Hess ganz rechts (Quelle: Wikimedia Commons CC-BY-3.0)

„Die Platzfrage gestaltete sich recht schwierig, denn für drei Personen, drei große Sauerstoffzylinder, Sitzbank, Instrumentenkorb und Handgepäck schien der an sich bequeme Ballonkorb doch etwas zu eng. An Ballast nahmen wir 52 Sack mit (etwa 800 kg). Ein Teil der Säcke war so gehängt, dass ihre Entleerung durch Abschneiden eines Bindfadens bewirkt werden konnte, was in größeren Höhen zur Vermeidung jeder körperlichen Anstrengung wichtig ist.“

Am Ende landet die Expedition in Brandenburg unweit von Berlin. Und tatsächlich ist die Fahrt ein voller Erfolg. Dazu der Ballon-Historiker Petr Vorliček:

„Der Ballon kam irgendwann auf eine Höhe von 3600 Metern. Da waren die gemessenen Werte schon um ein Vier- und Fünffaches höher als damals in Wien. Sie steigerten sich sogar noch weiter, je höher der Ballon aufstieg.“

Später Ruhm und große Wirkung

Michal Varady (Foto: Archiv der Jan-Evangelista-Purkyně-Universität)

In der zeitgenössischen Presse wird die Entdeckung des österreichischen Physikers kaum beachtet. Erst später wird die Fachwelt auf die durchschlagenden Ergebnisse aufmerksam. 1936 bekommt Victor Franz Hess dafür schließlich den Physik-Nobelpreis. Und seine Arbeit wirkt auch noch heute fort, wie unter anderem der Astrophysiker Michal Varady bestätigt:

„Die Entdeckung der kosmischen Strahlung war ein weiterer Baustein in unserer Vorstellung des Weltalls. Heute beschäftigen sich tschechische Forscher von der Akademie der Wissenschaften am Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien mit dem Phänomen. Sie wollen dabei wissen, woher die kosmische Strahlung eigentlich kommt und wie sie entsteht.“