3. Registrierballons (Ballons sondés).
Eine andere Art, sich Kenntnis über die Vorgänge der Witterungserscheinungen in der freien Atmosphäre zu verschaffen, besteht in der Anwendung von »Ballons sondés«, auch »Ballons perdus« genannt.
Es sind dies kleine, unbemannte Ballons, welche nur ihr eigenes Gewicht und das der ihnen anvertrauten meteorologischen Instrumente (also keine Beobachter oder Passagiere) hochzunehmen haben.
Der erste Urheber der Idee des unbemannten Ballons soll der, leider für die Wissenschaft zu früh verstorbene Pariser Luftschiffer, Gaston Tissandier, gewesen sein, der dem Geheimrat Assmann schon 1886 diese Idee enthusiastisch auseinandersetzte. Doch sollten noch 10 Jahre bis zur Verwirklichung vergehen.
Anfänglich ließ man die auch als Kinderspielzeug bekannten, kleinen Pilotballons als »ballons perdus« aufsteigen, um aus ihrer Fahrt die Richtung des Windes kennen zu lernen. Nach und nach fabrizierte man sie auch in größeren Dimensionen.
Besonders waren es auf diesem Gebiete, die bekannten Franzosen G. Hermitte und G. Besançon in Paris, welche seit dem Jahre 1892 von dem Balkon ihrer Wohnung auf dem Boulevard de Sébastopol aus fast täglich kleine, nur einen Kubikmeter fassende Ballons mit Fragekarten in die Luft sandten und dabei neben interessanten Resultaten über die Richtung und Stärke des Windes der oberen Luftströmungen die wichtige Erfahrung machten, daß wenigstens die Hälfte dieser Ballons in dem Umkreise von 150 Kilometer wieder gefunden wurden.
Fig. 42. Wilfrid de Fonvielle, berühmter aëronautischer Schriftsteller.
Dies führte zu dem Gedanken, solche Ballons mit selbstregistrierenden Instrumenten auszurüsten. Es wurden zu diesem Zwecke größere Ballons aus mit Petroleum getränktem Papier von 26 bis 113 Kubikmeter Inhalt hergestellt, welchen primitive Registrierapparate für Luftdruck und Temperaturextreme anvertraut wurden. Nach mehreren mißlungenen Versuchen gelang es am 11. Oktober 1892, einen aus Goldschlägerhaut gefertigten Ballon von nur 0·5 Kubikmeter Inhalt mit einem 150 Gramm schweren Registrierapparate bis zu einer Höhe von 1200 Metern steigen zu lassen, wobei der Ballon eine Strecke von 75 Kilometern nach Ost zurücklegte. Am 28. November desselben Jahres erreichte man eine Höhe von 9000 Metern.
Hierbei wurde man bald auf die wichtige Einwirkung der Wärmestrahlung aufmerksam, welche durch Erwärmung der Ballonhülle und dadurch auch des Gases die Ballons in höhere Schichten trieb, als sie ihrer Größe und ihrem Gewichte nach hätten erreichen können. Infolgedessen entschlossen sich die unermüdlichen Forscher, wie W. de Fonvielle in seinem interessanten Buche: »Les ballons sondés de Mrs. M. Hermitte et Besançon et les ascensions internationales, Paris 1898« es näher ausführt, an Stelle des bisher bevorzugten Papieres die zwar teueren, aber außerordentlich leichten und viel mehr Wärmestrahlen absorbierenden Goldschlägerhäutchen zu verwenden. So entstand der erste 113 Kubikmeter fassende Ballon »L'Aërophile«, ohne Zweifel ein Muster an Leichtigkeit, welches schwer zu übertreffen ist. Seine Hülle wog nur 11 kg, das Netz 1 kg, die Apparate 6 kg.
Dieser Ballon erreichte am 21. März 1893 bei seiner ersten Auffahrt eine Höhe von roh 15.000 m und verbrannte nach seiner zweiten Auffahrt. Es wurde nun ein neuer 180 m3 fassender Ballon gebaut »L'Aërophile II«, der in den Jahren 1895 bis 1896 aufstieg und bei 15.000 m eine Temperatur von nur -70° antraf. Am 5. August 1896 stieg in Paris wieder ein neuer Ballon »L'Aërophile III« genannt, auf, der aber aus gefirnißter Seide verfertigt wurde, 380 m3 Inhalt hatte und am 14. November zum erstenmale gleichzeitig mit ähnlichen Ballons in Straßburg, St. Petersburg und Berlin auffuhr.
Die Versuche der Franzosen auf diesem Gebiete wurden bald in Deutschland aufs eifrigste verfolgt und es entspann sich ein edler Wettstreit, von welchem die Wissenschaft in hohem Maße profitierte. Jeder dieser beiden Nationen gebührt in gleichem Maße der Ruhm, zur Entwickelung der wissenschaftlichen Ballonfahrten beigetragen zu haben. In Deutschland war es besonders der Berliner »Deutsche Verein zur Förderung der Luftschiffahrt«, welcher unter der genialen Führung Dr. Aßmanns und der tätigen Anteilnahme des Hauptmanns H. Groß, sowie Dr. Bersons und anderer, mit echt deutscher Ausdauer und Gründlichkeit sich dieses neuen Zweiges der Wissenschaft bemächtigte.
Anfänglich legten diese Ballons sondés auch ganz beträchtliche Entfernungen zurück. Sie betrugen z. B. in einem Falle 1000 km, in einem anderen 900 km. Diese Wege wurden von dem deutschen Registrierballon »Cirrus« durchmessen, welcher einmal in Bosnien, ein andermal in Rußland niederging und auch in Dänemark und Österreich landete.
Die erreichten Höhen bei dem Registrierballon »Cirrus« betrugen am 6. September 1894 18.500 m, am 27. April 1895 rund 22.000 m. Diese letztere ist die größte aller bis jetzt gewonnenen Höhen. Der Ballon setzte damals auf der dänischen Insel Laaland auf.
Die Minimaltemperatur betrug bei 9150 m Höhe -47·9° Celsius und bei der Höhe von 18.500 m -67° Celsius, bei 16.325 m -53° Celsius.
Diese Ballons sondés kapseln sich gleichsam in die Luftschichten, in denen sie schweben, ein und nehmen ihre Geschwindigkeit an. Sie schweben auch während der größten Stürme vollkommen ruhig in der Luft. Der Ballon ist nur dann sehr heftigen perpendikulären Schwankungen ausgesetzt, wenn er innerhalb großer Kumuluswolken in Wirbelstürme gerät, was aber ungemein selten ist. Eine solche Luftfahrt machte ich in Gemeinschaft mit dem damaligen Leutnant Groß von Berlin aus im September 1888 mit. (Siehe darüber mein Buch: »Lenkbare Ballons«, pag. 270.)
Somit eignet sich der Ballon vorzüglich zum Höhenobservatorium. Ein Steigen und Fallen des beobachtenden Ballons ist durch Ballastauswurf leicht zu bewerkstelligen.
Diese freien, wenn auch in Bezug auf die Richtung unlenkbaren Ballons, werden selbst dann noch für meteorologische und physikalische Zwecke von Wert sein, wenn das »lenkbare Luftschiff« längst erfunden ist.
Von erhöhtem Nutzen sind diese Ballonbeobachtungen, wenn sie zu gleicher Zeit von verschiedenen Orten aus unternommen werden.
Bei Registrierballons, auch »Ballons sondés« genannt (das sind solche Ballons, welche man mit Instrumenten versehen, ohne Bemannung, hochläßt), hat man statt der direkten Ablesung solche auf photographischem Wege oder mit Hilfe mechanischer Übertragungsvorrichtungen bewirkte angewendet. Je komplizierter aber ein Apparat ist, desto näher rückt die Gefahr des Versagens. Es darf daher den einzelnen Beobachtungen im Ballon kein sehr hoher Wert beigelegt werden. Erst die Vergleichung mehrerer Beobachtungen wird zu sicheren Schlüssen berechtigen. Oft wird es das Richtige sein, mehrere, in nicht weit auseinander liegenden Zeitpunkten bei ähnlichen Barometerständen gemachte Thermometerablesungen zu einem Mittel zu vereinigen, desgleichen die Barometerstände etc., um auf diese Weise die annähernde Durchschnittstemperatur (oder Druck, Feuchtigkeitsgehalt etc.) einer Luftschichte von ziemlicher Dicke und mittlerer Höhe zu erhalten.
Wie man sieht, wirken bei diesen Ballonbeobachtungen außerordentlich viele Umstände zusammen, welche alle berücksichtigt werden müssen und deren Kenntnis und richtige Beurteilung von hohem Werte sind. In dieser Hinsicht verdienen die Aßmannschen Beschreibungen und Zusammenstellungen der Resultate der Ballonbeobachtungen geradezu mustergültig genannt zu werden.
Am 5. Mai 1902 wurde der 213. Registrierballon der internationalen Kommission hochgelassen.
Wir haben weiter oben die Tatsache verzeichnet, wonach Ballons sondés oft recht weite Fahrten zurückgelegt haben. Diese sind jedoch nicht das Ideal der Meteorologen.
Die Erforschung der freien Atmosphäre wird in vielen Fällen viel besser durch Apparate bewirkt, welche schnell emporsteigen, hierbei die Temperatur, Luftdruck, Feuchtigkeit, Elektrizität, Gehalt der Luft etc. etc. beobachten, u. zw. wo tunlich, in größeren, übereinander gelegenen Schichten, und dann wieder unweit ihrer Aufflugsstelle landen, so daß sie ihre Resultate rasch abliefern.
Dieses ersehnte Ziel aller Meteorologen ist im aëronautischen meteorologischen Observatorium in Tegel bei Berlin von Aßmann und Berson in geradezu idealer Weise erreicht worden.
Gelegentlich der dritten Sitzung der »Internationalen Kommission für wissenschaftliche Luftfahrten« führte Geheimrat Aßmann einen Gummiballon vor, der nach einer neuen Methode von der »Continental Caoutchouc Company« in Hannover hergestellt worden ist und ein Non plus ultra von Ausdehnungsfähigkeit darzustellen scheint. Bei dem Versuch, ihn durch einen Blasebalg mit Luft aufzupumpen, zeigte er sich bei 32 cm Durchmesser leicht angespannt, aber erst bei einer Vergrößerung des Durchmessers bis auf 134 cm platzte er. Das ergibt die 68fache Vermehrung des Volumens und bei Anwendung von Wasserstoffgas einen Auftrieb, welcher den Ballon vor seiner Vernichtung in Höhen bringen würde, in denen ein Druck von nur 12-13 mm herrscht, d. i. auf 38 km!
Während die gebräuchlichen Gasballons von jeher durch den Füllansatz offen gehalten werden und offen gehalten werden müssen, daher beim Aufstiege konstante Gasverluste erleiden, beständig Auftrieb verlieren und zuletzt in eine Gleichgewichtslage gelangen müssen, die ein weiteres Steigen verbietet, vermag ein vollständig geschlossener Gasballon, weil er bei Erwärmung und Druckverminderung sich aufbläht, sehr schnell in große Höhen, wo der Widerstand immer geringer wird, zu steigen. Allerdings ist schließliches Platzen sein Los; aber dies Platzen ist beabsichtigt und dadurch in die Berechnung gezogen, daß die mitgeführten Instrumente durch Vermittlung eines Fallschirmes sanft zur Erde gelangen. Der Erfolg hat diesen Erwägungen, nach allen Richtungen vollständig Recht gegeben. Die Auftriebkraft eines solchen sich blähenden Ballons nimmt beständig zu statt ab, und es ist durch den Grad der Füllung ziemlich genau im voraus festzustellen, wann der mit großer Geschwindigkeit steigende Ballon von seinem Schicksal erreicht werden wird. Der Aufstieg dauert selten mehr als eine Stunde und in höchstens zwei Stunden ist der Ballon, wenn er nicht durch den Wind allzuweit verschlagen wird, stets mit interessanter Botschaft aus den höchsten Regionen wieder da.
Den das aëronautische Observatorium am 22. Mai l. J. in Tegel besuchenden Mitgliedern der »Internationalen Kommission für wissenschaftliche Luftfahrten« stellte Geheimrat Assmann seine Gummiballons vor, deren drei zum Aufstiege in der Ballonhalle bereit waren. Nr. 1 stellte ein kleineres Modell von 1·80 m Durchmesser im natürlichen, d. i. unausgedehnten Zustande dar, welches nur um einen geringen Betrag, nämlich bis auf 2 m Durchmesser, ausgedehnt und daher noch recht bedeutender Aufblähung und zu entsprechend hohem Steigen fähig war. Geheimrat Assmann erklärte die sehr einfache Einrichtung des Ballons. Vom Äquator desselben und dort an drei symmetrisch am Umfange verteilten Punkten befestigt, hängen drei Schnüre etwa 5 m tief herab, in welche der aus weißem Stoff hergestellte Fallschirm so eingehackt ist, daß die Hacken sich von selbst aushacken, sobald nach dem Platzen des Ballons der Winkel, den jene Schnüre für gewöhnlich mit dem korrespondierenden des Fallschirmes bilden, sich vergrößert. Etwa 3 m unter dem Fallschirm, also 8 m unter dem Ballon, hängt der die Instrumente enthaltende Apparat, mit einem großen Plakat beklebt, das dem Finder Belohnung verspricht und ihm Anleitung für Behandlung des Fundes und dessen Rücksendung gibt. Der so vorgestellte Ballon wurde alsbald und mit aller Bequemlichkeit aus der Ballonhalle herausgelenkt und aufgelassen. Er stieg mit großer Geschwindigkeit unter dem Einflusse des Windes in schräger Richtung aufwärts und verschwand, nachdem er sich für das Auge bis zu einem sehr kleinen Scheibchen verkleinert, bei etwa 2000 m Höhe in den so tief herabhängenden Wolken. Gleich darauf gelangte auch Ballon Nr. 2, etwa unter denselben Verhältnissen zum Aufstiege. Er war mit 2 m natürlichem Durchmesser, etwas größer als Nr. 1, aber bei seiner Füllung gar nicht ausgedehnt worden, so daß er etwa 4 m3 Gas enthielt, mit einem Auftrieb = 4 1/2 kg. Nach Abzug des Eigengewichtes von 3 kg, einschließlich der Instrumente, war im Anfangsstadium ein Netto-Auftrieb von 1 1/2 kg vorhanden, der sich aber durch die Ausdehnung des Ballons, welcher den vierfachen Durchmesser erreichen kann, ohne daß der Ballon platzt, sehr bedeutend vermehrt.
Was die Beobachtungsergebnisse mit Hilfe dieser Ballons sondés anbelangt, so sind sie in vieler Hinsicht wissenswert. Leider gestattet es der Raum dieses Buches nicht, darauf näher einzugehen, deshalb nur kurz folgendes. Eine der interessantesten Beobachtungen, welche mit ihrer Hilfe angestellt wurde, berichtete Herr Teisserenc de Bort aus Paris in Berlin und zwar machte er dortselbst Mitteilungen über die Temperaturabnahme in den hohen Regionen auf Grund der Beobachtungen an 258 Ballons, die 11 km erreicht oder überschritten haben, und hieran anschließend über die Luftströmungen oberhalb der Depressionen und der Gebiete hohen Luftdrucks. Alle diese Aufstiege sind zur Vermeidung der Sonnenstrahlung bei Nacht erfolgt, im ganzen bisher 540, von denen die oben bezeichnete Zahl bis in die größten Höhen eindrang. Das übereinstimmende, bemerkenswerte Resultat ist, daß in der Schicht über 8 bis 9 km Höhe die Temperaturabnahme ungleich langsamer erfolgt, daß sie in der Höhe von 11 km ganz aufhört und daß darüber hinaus sogar Erwärmung eintreten kann, jedoch mit geringen Schwankungen von 1-3° auf und ab, mit der Wirkung, daß die Temperatur durchschnittlich die gleiche bleibt. Im Sommer scheint diese isotherme Schicht etwas höher zu liegen, nämlich erst bei 13-14 km. Sie liegt niedriger in Zeiten der Depression, aber bis 4 km im Vergleich höher in Zeiten hohen Druckes. Die Zone dieser Vorgänge liegt höher als die Cirrus-Wolken. Als niedrigste Temperaturen sind zur Zeit hohen Druckes -67° und -72°, im März auch ausnahmsweise -75° beobachtet worden. Ob damit ein absolutes Minimum der Lufttemperatur erreicht ist, bedarf der weiteren Prüfung. Über die Ursachen der auffälligen Erscheinung gibt es zunächst nur Vermutungen. Liegt die Wirkung eines sozusagen grandioseren Charakters der Luftverhältnisse in diesen großen Höhen vor, in welche die Wirbelbewegung der unteren Schichten nicht hinaufreichen und die großen Strömungen ruhiger verlaufen, oder soll man mit Maxwell annehmen, daß es Stadien der Molekularbewegungen gibt, in denen die Schwere und ihre Begleiterscheinungen aufgehoben sind?
Auch Geheimrat Assmann ist, unabhängig von dem französischen Gelehrten, der die oben aufgeworfenen Fragen aufgestellt hat, zu ähnlichen Ergebnissen gelangt. Er führte aus:
Oberhalb 10 km herrschen in der Tat schwankende Temperaturen und es scheint, daß die Wärmeabnahme aufhört; doch sind jenseits der veränderlichen Schicht in Höhen von 17 km und in jüngster Zeit von 19 1/2 km wieder Temperaturabnahmen konstatiert worden, so daß die Möglichkeit eines absoluten Temperaturminimums keineswegs fraglich erscheint.