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Nächster Passepartout Start:Die Atmosphäre unseres Planeten wirkt auf uns unendlich hoch und selbstverständlich. Doch vom Weltall aus gesehen sieht sie aus wie eine hauchdünne Schicht, die unseren Planeten umgibt. Genauso hauchdünn wie sie ist, ist sie aber auch empfindlich und genau deshalb untersuchen wir die Atmosphäre unseres Planeten, um unseren Lebensraum besser kennenzulernen. Die Atmosphäre kann auf verschiedenste Arten untersucht und genutzt werden, so zum Beispiel mit Raketen oder auch öfters mit Ballons.
13. Aug 2011 (09:00) in Graz (Lustbühel)
In einer neuen 6-teiligen Artikelserie über „Passepartout“, den Stratosphärenballon des ÖWF’s, werden wir Ihnen die Physik der Stratosphärenballons näher bringen und einen Blick hinter die Kulissen des PolAres Projektes werfen.
Eine kleine Einführung in den Aufbau der Atmosphäre: Von 0 bis ca. 15km erstreckt sich die Troposphäre, sie ist im Alltag die für uns allerwichtigste Schicht. In ihr spielt sich das komplette Wetter ab. Von 15 bis ca. 50km erstreckt sich die Stratosphäre, von 50 bis ca. 80km die Mesosphäre, von 80 bis ca. 400km die Thermosphäre und darüber hinaus die Exosphäre.
Der Temperaturverlauf in den Schichten ist unterschiedlich, bedingt durch die individuellen Eigenschaften der Schichten und teilt so auch die Schichten ein. Mit steigender Höhe nimmt die Temperatur in der Troposphäre ab (auf bis zu -50°) und nimmt dann in der Stratosphäre in der sog. Inversionsschicht wieder zu (auf bis zu 0°). In der Mesosphäre nimmt die Temperatur wieder ab (bis zu -70°) und nimmt dann in der Thermosphäre zuerst flacher dann mit steigender Höhe schneller zu. Einflüsse auf die Temperatur haben unter anderem geografische Einflüsse, Tageszeit und sogar das sog. Weltraumwetter.
Da die Gravitation der Erde die Luft an sich drückt erscheint es logisch, dass mit steigender Höhe der Druck abnimmt. Weil der Luftdruck von der Lufttemperatur abhängig ist ist er somit von den gleichen Faktoren abhängig.
Shuttle Endavour im Sonneuntergang, fotografiert von der ISS (c) NASA
Die Stratosphäre selbst hat keinen Einfluss auf unser tägliches Leben, doch sie absorbiert die für uns gefährliche UV-Strahlung. Dieser Effekt kommt von der bekannten Ozonschicht, welche in 20km Höhe ihre höchste (Ozon-)Dichte hat. Durch die Bindung und den Abbau von Ozon, welche unterschiedliche Wellenlängen absorbieren, bildet die Ozonschicht die Inversionsschicht.
Doch es treffen nicht nur elektromagnetische Strahlen die Erde, sondern auch Teilchenstrahlung, die besser als Höhenstrahlung bekannt ist. Sie wurde 1912 vom Österreicher Viktor Franz Hess während einem seiner Ballonflüge entdeckt und er erhielt dafür 1937 den Nobelpreis für Physik. Die Höhenstrahlung besteht zum größen Teil aus Protonen und Alphateilchen und aus einem nur sehr geringen Teil aus schweren Atomen. Die Quellen der Teilchen sind unsere eigene Sonne, galaktische Quellen und in sehr seltenen Fällen extragalaktische Quellen, welche sich durch die Energie der Teilchen unterscheiden. Die Teilchen mit niedrigeren Energien werden unserer Sonne, hoch geladene Teilchen galaktischen Quellen und extrem hoch geladene Teilchen extraterrestischen Quellen zuordnet. Je länger die Reise der Teilchen war, desto seltener gelingt es natürlich eines aufzufangen. Weil die hochgeladenen Teilchen auf unsere Atmosphäre treffen und dies mit hoher Geschwindigkeit tun, zerschmettern sie regelrecht Sauer-/und Stickstoffatome und hinterlassen ein Sekundärteilchenschauer. Das Schauer besteht unter anderem auch aus Myonen und diese zerfallen wieder in weitere Teilchen.
Blick vom Rand des Weltraums (34 km Höhe) - aufgenommen von Passepartout Okt. 2008
Da aber die Ballons und Satelliten in dünneren Schichten messen, können sie die Teilchen direkt messen und eignen sich am besten dazu, um die Teilchenstrahlung mit niedrigen Energien aufzuspüren.
Durch diese Eigenschaften lässt sich die Stratosphäre nutzen, so zum Beispiel für Wetterbeobachtungen, Astronomie, für Experimente (wie im Falle des ÖWFs), Spionage oder wie im Falle von Red Bull Stratos einfach nur um Grenzen und Rekorde zu erweitern.
Damit „Passepartout“ in die Stratosphäre kommt wird das Prinzip des Auftriebes benutzt. Auftrieb „erzeugt“ das sog. Traggas. Traggase müssen immer leichter sein als das Gas der Umgebung, also schon heiße Luft kann als Traggas benutzt werden. Bei Stratosphärenballons ist heiße Luft aber zu ineffektiv und es wird entweder Helium oder Wasserstoff benutzt, wobei beide Vor-/und Nachteile haben in Sicherheit, Kosten oder Leistung.
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