Sonnenfinsternis in den USA 2017 XII - Das
Höhenstrahlungsexperiment
Bei einer Sonnenfinsternis kann viel schiefgehen. Man
weiß
nie ob
am Ende eine erfolgreiche Beobachtung stehen wird. Daher macht es Sinn
sich im Vorfeld einige Experimente zu überlegen, die von den
Wetterkapriolen unabhängig sind.
Victor Franz Hess fand 1912
bei Fahrten mit einem Ballon die
Höhenstrahlung. Sie ist eine hochenergetische
Teilchenstrahlung,
die von der Sonne, der Milchstraße und von fernen Galaxien
kommt.
Sie besteht vorwiegend aus Protonen, daneben aus Elektronen und
vollständig ionisierten Atomen. Auf die
äußere
Erdatmosphäre treffen etwa 1000 Teilchen pro Quadratmeter und
Sekunde. Durch Wechselwirkung mit den Gasmolekülen entstehen
Teilchenschauer mit einer großen Anzahl von
Sekundärteilchen, von denen aber nur ein geringer Teil die
Erdoberfläche erreicht.
Für die Entdeckung der Kosmischen Strahlung erhielt Hess 1936
den
Nobelpreis für Physik.
Die sekundäre, durch Wechselwirkungen mit der
Atmosphäre
veränderte kosmische Strahlung ist auch im Flugzeug
nachweisbar.
Die Luftschauer sind horizontal einige Quadratkilometer groß,
vertikal aber nur wenige Meter. Sie geben Hinweise auf die Art und
Energie der kosmischen Primärteilchen. Der Verlauf ihrer Front
lässt auf die Einfallsrichtung schließen. Mit einem
einfachen Geigerzähler lässt sich die
Einfallsrichtung nicht
messen, doch zumindest der Anstieg mit zunehmender Höhe
lässt
sich gut dokumentieren.
Bei Spaceweather.com berichtet eine Studentengruppe regelmäßig über ihre Messungen mit Wetterballons
Der von den Studenten gemessene Anstieg in den letzten 2 Jahren könnte auf eine Schrumpfung der Hochatmosphäre in Folge der nachlassenden Sonnenaktivität hindeuten. Der Anstieg erfolgt jedoch nur in der Stratosphäre. In der Flughöhe von Passagierjets ist keine Kontinuität zu sehen.
Gemessen wird die Strahlung in Mikrosievert pro Stunde. Der für die eigenen Messungen verwendete Geigerzähler nutzt ebenfalls diese Maßeinheit. Daneben wurde zusätzlich ein GPS-Gerät eingepackt. Die heutzutage an den Sitzplätzen verfügbaren Fluginfos geben lediglich eine Höheninformation aus, die auf einem Einheitswert für den Luftdruck basiert und von der realen Höhe eine beträchtliche Abweichung besitzen kann. Daher ist ein eigenes GPS notwendig. Auch das eigene GPS ist in seiner Höheninformation nicht absolut konstant. Abweichungen von mehr als einigen Dutzend Metern sind jedoch nicht zu erwarten, was für die Messung völlig ausreichend ist. Insgesamt waren bei mehreren Starts Messungen möglich. Einmal beim Hinflug und einmal beim Rückflug.
Die Flughöhe lag in Deutschland unter 10.000m. Die Werte oberhalb von 2 Mikrosievert sind Messungen, die während des Flugs in der Nähe von Grönland notiert worden sind. Die 4 Werte am Ende zeigen, dass es auch bei konstanter Höhe zu starken Strahlungsschwankungen kommen kann.
Die Kombination der Messungen gibt folgendes Bild:
Es scheint lokale Einflüsse zu geben. In Frankfurt (blaue Linie) war der Anstieg am geringsten, während beim Start in Detroit der Anstieg am größten war. Es scheint zeitliche Einflüsse zu geben, die jedoch unabhängig vom Sonnenstand sind. Landung und Start lagen in Detroit 12 Tage auseinander. Die Sonne stand in ähnlicher Höhe, doch rote und grüne Linie zeigen einen deutlichen unterschiedlichen Anstieg. Denkbar wäre ein Zusammenhang mit dem Luftdruck.
Das Foto zeigt einen Abstand von realer Flughöhe zur Luftdruck-Flughöhe von 331m. Es wäre plausibel das sich das Pfotzer-Regner-Maximum bei steigenden Luftdruck zusammen mit der Stratosphäre in die Höhe verschiebt.
Wenn
man Start und Landung zueinander verschiebt bis die Kurven
deckungsgleich sind, ergibt sich für das
Pfotzer-Regner-Maximum eine Höhenänderung von 560m nach oben
in
den 12 Tagen zwischen Start und Landung. Die Landung
erfolgte am Vormittag und der Start am
Nachmittag. Vielleicht hatte die Erwärmung der Luft durch die
Sonne einen Einfluss.
Auch hier könnte die Ausdehnung der Lufthülle durch die Sonneneinstrahlung einen Einfluss gehabt haben. Nachweisen läßt sich das nicht, da es selbst bei konstanter Flughöhe rasche Schwankungen geben kann. Am Ende der Island-Kurve liegen mehrere Werte bei fast identischer Flughöhe übereinander. Sie wurden in der folgenden Grafik zeitlich aufgelöst. Innerhalb von nur 2 min schwankt bei konstanter Flughöhe die Strahlung um 0,3 Mikrosievert, das sind 10%! Das Flugzeug hat in dieser Zeit seine Position nur um 30km verändert! Es gibt also in großen Höhen auch auf kleinen räumlichen Skalen starke Veränderungen.