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Rektorats Reden © Prof. Schwinges

Elektrische Strömungen in der Atmosphäre.

REDE
GEHALTEN AM 15. NOVEMBER 1921
ZUR FEIERLICHEN ERÖFFNUNG DES STUDIENJAHRES
VON
Dr. Albert GOCKEL
REKTOR DER UNIVERSITÄT.
FREIBURG, SCHWEIZ. ST. PAULUSDRUCKEREI 1921

Wer in den Räumen eines der großen magnetischen Observatorien, von denen alle Eisenmassen peinlichst fern gehalten werden, mit den Hilfsmitteln, die dort zur Erkennung kleiner Winkeldifferenzen vorhanden sind, die Stellung der Magnetnadel verfolgt, der wird mit Erstaunen bemerken, daß diese nicht ruhig bleibt, sondern in ständiger schwacher Bewegung ist. Wie bekannt, weicht die Richtung der Magnetnadel von der Nordrichtung ab und zwar in unseren Gegenden zur Zeit ungefähr 9° nach W. Von etwa 8 Uhr morgens bis 2 Uhr nachmittags ist diese Abweichung im ständigen Zunehmen begriffen. Dann fängt die Nadel an anfangs rasch, nachher aber sehr langsam auf den früheren Stand zurückzukehren, den sie erst am Morgen des nächsten Tages wieder erreicht, um dann dasselbe Spiel zu wiederholen. So sind wir im Stande, selbst in den Kellerräumen der Observatorien, in die kein Sonnenstrahl dringt, aus dem Stande der Magnetnadel den ungefähren Stand der Sonne zu erkennen. Merkwürdig ist, daß die ganze Schwankung der Nadelstellung sich auf etwa 8 Tagesstunden zusammendrängt, während in der Nacht die Bewegung kleiner und regelmäßiger ist. Auf der südlichen Halbkugel bewegt sich der Südpol der Nadel so wie auf unserer nördlichen der Nordpol. Entsprechend dem stärker ausgeprägten Gang der Sonnenstrahlung im Sommer, besitzt auch die Wanderung der Magnetpole in dieser Jahreszeit eine größere

Amplitude und einen regelmäßigeren Verlauf. Die Schwankungen der mittleren Stellung der Nadel im Laufe eines Jahres ist weniger ausgeprägt und wie es scheint nur durch die Größe des Winkels, den die Erdachse mit der Sonnenbahn bildet, bedingt.

In welcher Weise nun können wir uns die Einwirkung der Sonne auf die Magnetnadel denken?

Jedermann weiß, daß die Magnetnadel abgelenkt wird durch elektrische Ströme. Solche Ströme sind in unserer Atmosphäre vorhanden. Seit Franklins Zeiten ist bekannt, daß zwischen einem beliebigen Punkt der Atmosphäre und der festen Erde elektrische Spannungsunterschiede bestehen 1, und vor etwa 20 Jahren haben zwei deutsche Gymnasiallehrer, die Herren Elster und Geitel, in Wolfenbüttel gezeigt, daß die Atmosphäre nicht, wie man früher angenommen hat, ein Isolator, sondern ein Leiter der Elektrizität ist, und daß sie, ganz im Gegensatz zu der allgemeinen Anschauung, umso besser leitet, je trockener und je staubfreier sie ist; daß ferner die Leitfähigkeit mit Ort und Zeit wechselt, im Gebirge z. B. durchweg größer ist als in der Ebene, und daß die Ursachen dieser Leitfähigkeit die Strahlen radioaktiver Substanzen sind, die sich, wenn auch in sehr geringen Mengen, überall im Erdboden und infolgedessen auch in der Atmosphäre finden.

Durch diese in einer Reihe von sehr wichtigen Arbeiten niedergelegten Entdeckungen, haben Elster und Geitel die Lehre von der Luftelektrizität auf eine ganz neue Grundlage gestellt; ihre Arbeiten wirkten aber auch umwälzend in der Meteorologie und in der Geologie insofern, als sie eine neue Erklärung für die innere Erdwärme gaben und in ihrer weiteren Anwendung sogar das Alter der Erde zu berechnen gestatteten.

Ich habe vorhin mit Absicht den Beruf der beiden

Herren als Gymnasialprofessoren erwähnt. Ich wollte damit der weitverbreiteten Anschauung entgegentreten, daß nur derjenige wissenschaftliche Entdeckungen machen kann, dem reich ausgestattete Laboratorien einer Hochschule und von jeder andern Berufsarbeit freie Zeit zur Verfügung steht. Das ist nicht richtig: Viele der bedeutendsten Entdeckungen sind mit den einfachsten Hilfsmitteln, oder wie die Entdeckung des Radiums durch Frau Curie in Räumen ausgeführt worden, denen man kaum die stolze Bezeichnung Laboratorium geben kann. Wer während seiner Studienzeit gelernt hat, sich selbst zu helfen, wird in unserer Wissenschaft später mehr leisten können als derjenige, der durch die Beschäftigung mit kostbaren Apparaten verwöhnt wurde.

Kehren wir nun zu den elektrischen Erscheinungen in der Atmosphäre zurück. Wenn in einem Leiter, wie es die Atmosphäre ist, Spannungsunterschiede bestehen, so müssen diese elektrische Ströme hervorrufen. Solche beobachten wir nun tatsächlich in der Atmosphäre.

Die Erde ist gegenüber letzterer in der Regel negativ geladen. Infolgedessen strömen ihr ständig positiv geladene Luftteilchen zu, Ionen nennt sie der Physiker. Die Stärke dieser Ströme wechselt wie die Leitfähigkeit mit Ort und Zeit und ist in hohem Maße abhängig vom Sonnenstand und was uns hier besonders interessiert, ihre Veränderungen stehen, wie ich zeigen konnte, in engem Zusammenhang mit denen der magnetischen Elemente, und zwar ist dieser Zusammenhang derart, daß der Richtung nach die Schwankungen des Stromes die der Magnetnadel wohl erklären können, der Größe nach aber nicht. Der Erde-Luftstrom ist 10,000-mal schwächer als der Strom der zur Erklärung derjenigen Komponente des erdmagnetischen Feldes nötig ist, die wir auf die Existenz von elektrischen Vertikalströmen zurückführen können und reicht auch nicht zur Erklärung der täglichen Variationen aus. Wir müssen uns daher umsehen, ob wir nicht mit dem Erde-Luftstrom in Verbindung stehende Ströme anderer Art finden können.

Ständig fließen, wie die Herren Elster und Geitel zeigten, positiv geladene Luftteilchen der negativ geladenen Erde zu, und in kurzer Zeit, vielleicht in einer Viertelstunde schon, würde sich die ganze Spannungsdifferenz zwischen Erde und Atmosphäre ausgeglichen haben, wenn nicht irgend eine andere Ursache dieselbe immer wieder herstellte. Welches ist nun diese Ursache? Man hat zunächst daran gedacht, daß Regen auch negative Ladungen aus der Atmosphäre auf die Erde führen könnte, oder daß umgekehrt aufsteigende Luftströme positive Ladungen wieder in die Höhe bringen. Beobachtung und Rechnung zeigten, daß beide Faktoren nicht ausreichen, um den ständig zur Erde gehenden positiven Strom zu kompensieren und daß wir noch nach einer anderen elektrischen Strömung suchen müssen. 1

Nun haben schon Elster und Geitel gefunden, daß auch in einem geschlossenen Gefäße immer eine Ursache wirkend ist, welche die Luftmoleküle in elektrisch geladene Teilchen spaltet. Wir wissen, daß eine solche Wirkung, wir nennen sie Ionisation, von den Strahlen radioaktiver Körper hervorgebracht wird. Englische Forscher haben dann weiter beobachtet, daß die Ionisation in einem Gefäße abnimmt, wenn man dasselbe mit Bleischirmen umgibt. Damit war nachgewiesen, daß die Strahlung, welche die Luft in dem Gefäße leitend macht, von außen kommt. Wiederum waren es Elster und Geitel, welche zeigten, daß der Erdboden Substanzen enthält, welche ionisierende Strahlen aussenden, und daß solche Substanzen, nämlich Radium- und Thoriumemanation, aus den genannten Stoffen sich bildende Gase, aus der Erde auch in die Atmosphäre übergehen. Aber die Beobachtung, daß die aus der Höhe kommende Luft stärker ionisiert ist als die in der Nähe des Erdbodens, ließen in mir Zweifel entstehen, ob diese Strahlung ausschließlich oder auch nur vorwiegend aus der Erde stammt. Bei Ballonfahrten, zu denen mir die Schweizerische Meteorologische Zentralanstalt und der Schweizerische Aeroklub die Mittel gewährten, konnte ich zeigen, daß diese Strahlung mit der Entfernung vom Erdboden zunächst zwar abnimmt, in größeren Höhen aber, etwa von 3000 Metern an, annähernd konstant bleibt und weiter hinauf eher etwas zunimmt. Damit war der Nachweis geführt, daß diese Strahlung von oben kommt. Andere Herren (Heß, Kolhörster), die sich in noch größere Höhen erheben konnten, der letztere bis 10,000 M., haben dann weiter gefunden, daß diese Strahlung mit der Höhe sogar noch recht beträchtlich zunimmt. In 1000 M. Höhe wird pro Sekunde im Kubikzentimeter Luft etwa ein Ionenpaar weniger erzeugt als in der Nähe des Erdbodens, in 4000 M. Höhe aber schon mindestens 4 mehr, und von da an geht die Zunahme so rasch, daß Kolhörster in 9000 M. Höhe schon eine Mehrerzeugung von 80 Ionenpaaren pro Kubikzentimeter und Sekunde fand.

Der Apparat, dessen man sich jetzt bei diesen Untersuchungen

bedient, ist von Professor Wulf, S. J. konstruiert worden. 1 Ich habe mit demselben Apparat und mit teilweiser freundlicher Beihilfe von Herrn Wulf Untersuchungen im Gebirge vorgenommen. Wir haben den Apparat in Gletscherspalten versenkt, um die Absorption der Strahlung durch das Eis zu messen. Zum gleichen Zweck, d. h. Messung der Absorption in Wasser, wurde er später mit freundlicher Beihilfe des Direktors der Friedrichshafener Drachenstation, Kleinschmidt, im Bodensee bis zu Tiefen von 8 m. versenkt. Derselbe Herr hatte auf mein Ersuchen hin auch die Freundlichkeit, längere Zeit hindurch Messungen in einem kleinen Boot auf dem Bodensee auszuführen. Da Wasser nur ganz unbedeutende Mengen radioaktiver Materie enthält, so kam bei diesen Beobachtungen fast ausschließlich der von oben kommende Anteil der Strahlung zur Messung. Dasselbe war in noch höherem Maße der Fall bei den Messungen auf Gletschern. Auch diese Beobachtungen führten zu dem Resultat, daß die von oben kommende Strahlung mit der Höhe zunimmt; auf dem Aletschgletscher machte sich diese Zunahme schon bei einer Erhebung um etwa 500 M. bemerkbar. Bemerkenswert war auch, daß, als der Apparat mit Hilfe eines Fesselballons 3-500 m. über den Bodensee erhoben wurde, keine oder nur eine geringe Abnahme der Strahlung festgestellt wurde, da die Strahlung vom Wasser her nur ganz unbedeutend ist, und die Strahlung vom Ufer her einen längeren Weg in der Atmosphäre zurückzulegen hatte. Über drei Wochen sich erstreckende Untersuchungen auf dem Gipfel des 3000 m. hohen Piz Languard, die auf mein Ersuchen Sekundarlehrer Meyer ausführte, ergaben eine merkwürdige zeitliche Konstanz der durchdringenden Strahlung, ein Resultat, das später durch sich über 1 Jahr erstreckende Messungen von Heß auf dem Obir, in 2000 M. Höhe, bestätigt wurde. Für

vielfache Förderung meiner Arbeiten bin ich der schweizerischen naturforschenden Gesellschaft zu Dank verpflichtet. 1

Was ist nun die Ursache dieser merkwürdigen Strahlung? Der nächstliegende Gedanke war, ihren Ursprung auf der Sonne zu suchen. Aber dieser Vermutung stellen sich Schwierigkeiten entgegen. Wie schon meine Messungen in Freiburg, besser aber noch die auf dem Piz Languard, wo die von oben kommende Strahlung stärker ist, zeigten, weist die durchdringende Strahlung keine tägliche Schwankung auf; selbst zwischen Tag und Nacht zeigt sich nicht der geringste Unterschied, und auch Sonnenfinsternisse üben keinen Einfluß auf dieselbe aus. Nun kennen wir wohl eine von der Sonne ausgehende Strahlung, die auch auf die Nachtseite der Erde gelangt: es ist die Polarlichtstrahlung — ich werde gleich davon reden — aber diese Strahlung ist derart beschaffen, daß sie durch das magnetische Erdfeld aus ihrer geraden Richtung abgelenkt und auf die von der Sonne abgewandte Seite der Erde geleitet werden kann. Nach unseren Erfahrungen im Laboratorium müssen wir es aber als unmöglich ansehen, daß eine Strahlung von dem außerordentlich hohen Durchdringungsvermögen der in Rede stehenden magnetisch ablenkbar ist.

Am meisten Ähnlichkeit hat unsere rätselhafte Strahlung immer noch mit den von radioaktiven Stoffen ausgehenden, durchdringenden, sogenannten y-Strahlen. Man hat deshalb die Annahme gemacht, daß in unserer Atmosphäre in einer Höhe von ungefähr 17 Km. radioaktive Substanzen schweben.

Zu Gunsten dieser Ansicht wurde auch der Umstand hervorgehoben, daß am 18. Mai 1910, zur Zeit des Durchganges der Erde durch den Schweif des Halleyschen Kometen, an vielen Orten der Erde, u. a. auch hier, dann aber auch in Italien, Sibirien, Tunis, Kanada, teils eine Erhöhung der durchdringenden Strahlung, teils eine solche der Ionisation der Atmosphäre beobachtet wurde. Es wäre möglich, daß bei diesem Anlaß radioaktive Stoffe, von der Art derjenigen, die nach obiger Hypothese ständig in der Atmosphäre schweben sollen, in größerer Menge in dieselbe eingedrungen sind. Ein anderer Beweis für das Vorhandensein solcher radioaktiver Schichten in der Atmosphäre liegt allerdings nicht vor, und es spricht gegen die Hypothese auch der Umstand, daß das Durchdringungsvermögen unserer Strahlung immer noch siebenmal größer ist als das der raschesten, uns bekannten y-Strahlen. Einen anderen Weg hat früher schon v. Schweidler und in neuerer Zeit der amerikanische Forscher Swann gewiesen.

Wohl den wenigsten unter uns wird es vergönnt gewesen sein, die unter dem Namen Polarlichter bekannten prachtvollen Lichterscheinungen zu sehen. Nur selten werden diese Erscheinungen in unseren Breiten sichtbar, und dann haben sie viel von ihrer Schönheit eingebüßt. Sie erscheinen bei uns als leuchtende Strahlen am Nordhimmel, in mondhellen Nächten oft schwer von hellen Federwolken zu unterscheiden. In den Polargegenden sind es Lichterscheinungen der mannigfaltigsten Art, leuchtende Draperien, Kränze, Kronen, aus denen die Strahlen emporschießen. Eigentümlich ist diesen letzteren, daß sie in der Richtung der Kraftlinien des erdmagnetischen Feldes verlaufen, d. h. nach demselben Punkte des Himmels konvergieren, nach dein eine vollkommen freibewegliche Magnetnadel zeigt. Diese Lichterscheinungen spielen sich in Höhen von 100 bis 150 Km. ab. Manchmal, aber nicht immer, treten in ihrem Gefolge heftige magnetische Störungen auf. Der Beobachter, der, wie ich eingangs erwähnte, in den erschütterungsfreien Räumen eines Observatoriums den

Gang der Magnetnadel verfolgt, ist dann erstaunt zu sehen, wie die Nadel in heftige Schwankungen gerät, die zwar allmählich abflauen, aber stunden- und tagelang andauern können, und er wird vielleicht noch erstaunter sein, wenn er nachträglich hört, daß diese magnetischen Störungen, auch magnetische Gewitter genannt, über weiten Länderstrecken, oft in ganzen Erdteilen, genau zu derselben Sekunde eingesetzt haben. Ihr Auftreten ist nicht an das der Polarlichter geknüpft, im Gegenteil, der Zusammenhang scheint ein derartiger zu sein, daß der Erdmagnetismus die Polarlichter, und nicht etwa umgekehrt, diese letzteren den Erdmagnetismus beeinflussen. Sie können also auch selbständig auftreten; ihr Vorkommen beweist aber das Vorhandensein stärkerer elektrischer Ströme in den höchsten Schichten der Atmosphäre, und diese Ströme stehen in einem ausgeprägten Zusammenhang mit der Tätigkeit der Sonne. Daß sie wie die Sonnenflecken eine 11-jährige Periode haben, war schon lange bekannt; aber auch im Jahresverlauf fallen ihre Maxima mit denen der Sonnenfleckenzahlen zusammen. Und sie treten am häufigsten auf, wenn eine große Sonnenfleckengruppe den Zentralmeridian, d. h. von der Erde aus gesehen, die Mitte der Sonnenscheibe passiert. Zu demselben Resultat, daß auf der Sonne begrenzte Herde existieren, die durch Aussendung von Elektronen in schmalen Bündeln den Erdmagnetismus beeinflussen, führen auch die Beobachtungen über die Wirkungen der Sonnenfinsternis auf letzteren.

Zwischen den raschen Schwankungen der Magnetnadel, wie sie die Störungen hervorrufen, und dem von mir im Eingang beschriebenen täglichen Gang der Nadel bestehen die mannigfaltigsten Übergänge, und wir müssen daher annehmen, daß beide derselben Ursache entspringen. Der englische Physiker Schuster hat vor 20 Jahren eine Theorie aufgestellt, nach welcher der Erdmagnet selbst durch seine tägliche Drehung in den die Elektrizität gut leitenden obersten Schichten der Atmosphäre elektrische Ströme induziert, die ihrerseits wieder auf den Magnetismus der Erde

zurückwirken. Von der Sonne ausgehende Elektronenströme stören den regelmäßigen täglichen Gang, indem sie die Leitfähigkeit der obersten Schichten der Atmosphäre ändern. Diese Theorie mußte, von einigen anderen Einwänden abgesehen, eine unwahrscheinlich hohe Leitfähigkeit der obersten Atmosphärenschichten voraussetzen. In neuerer Zeit hat nun Anna van Vleuten auf Grund sorgfältiger Berechnung des besten erdmagnetischen Beobachtungsmaterials gezeigt, daß sich der regelmäßige, tägliche Gang und auch die unregelmäßigen Schwankungen der Magnetnadel weit besser durch die Annahme vertikaler elektrischer Ströme, wie wir sie eingangs voraussetzten, erklären lassen.

Bevor wir uns wieder zu der dort aufgeworfenen Frage wenden, ob sich nicht auch ein Teil des permanenten Magnetfeldes auf das Vorhandensein elektrischer Vertikalströme zurückführen lasse, wollen wir noch einige andere Erscheinungen besprechen, die uns von den von der Sonne ausgehenden Elektronenströmen Zeugnis geben. Kein Physiker bezweifelt mehr, daß auch die Polarlichter hervorgerufen werden durch Strahlen, die von der Sonne ausgehen, Strahlen von der Art, wie sie auch irdische Substanzen, radioaktive sowohl als auch weißglühende Körper aussenden. Fraglich ist nur, ob wir es ausschließlich mit sogenannten α -Strahlen, d. h. Atomen, oder mit Elektronen-Strahlen, d. h. reinen Quanten negativer Elektrizität zu tun haben. Sind letztere zum mindesten neben den ersteren vorhanden, so haben wir auch eine Erklärung für die vorhin besprochene durchdringende Strahlung gefunden. In möglichst luftleer gemachten Röhren erzeugen wir durch eine Elektronenstrahlung die Röntgenstrahlen. Treffen aber Elektronen von der hohen Geschwindigkeit der von der Sonne ausgesandten auf die zerstreuten Luftmoleküle, die sich auch noch in den Höhen von 100 Km. befinden, so müssen sie, worauf Swann aufmerksam machte, entsprechend ihrer höheren Geschwindigkeit dort eine Strahlung erzeugen, die noch weit durchdringender ist als die der Röntgenstrahlen,

und damit wäre dann eine Erklärung für die besprochenen durchdringenden Strahlen gefunden. Für das Vorhandensein von Elektronenstrahlen in den höchsten Schichten unserer Atmosphäre sprechen aber auch noch Gründe anderer Art.

Treten Sie mit mir in Gedanken einige Stunden nach Sonnenuntergang hinaus in eine klare Winternacht, oder besser noch in jene wunderbare Nacht, wie sie uns auch im Sommer im Hochgebirge vor der Türe einer unserer Klubhütten umfängt, dann werden Sie bemerken, daß auch der Hintergrund, von dem die glänzenden Sterne sich abheben, nicht vollständig dunkel ist. Man hat die Helligkeit ganzer Himmelsgegenden und das Licht der darauf befindlichen Sterne einzeln gemessen und gefunden, daß dem Himmelshintergrund eine noch gut meßbare Helligkeit zukommt. Woher stammt dieses Licht? Der nächstliegende Gedanke nach dieser Erkenntnis war: dieses Licht ist eine Fortsetzung der Dämmerung. Man hat schon um Mitternacht, wenn die Strahlen der hinter der Erde verborgenen Sonne unsere Atmosphäre nur noch in einer Höhe von etwa 100 Kilometern streifen können, helle Wölkchen am Himmel entdeckt, die offenbar ihren Sitz in der eben angegebenen Höhe haben müssen. Vielleicht findet sich überall in dieser Höhe noch Materie, die im Stande ist, Licht, wenn auch nur in sehr geringer Menge, zu reflektieren. Aber diese Vermutung hat sich nicht bestätigt. Reflektiertes Licht hat eine ausgezeichnete Schwingungsrichtung; es ist, wie der Physiker sagt, polarisiert. Das Licht des Nachthimmels aber ist unpolarisiert; außerdem überwiegen in ihm nicht, wie im Lichte des Taghimmels, die blauen, sondern die gelben Strahlen. Das Licht des nächtlichen Himmelshintergrundes kann also kein reflektiertes Sonnenlicht sein, sondern muß einer anderen Quelle entstammen.

Von elektrischen Strömen in der Atmosphäre wollte ich Ihnen sprechen, und ich erzählte Ihnen von dem rätselhaften Lichte des Nachthimmels. Kann denn zwischen diesen beiden Dingen ein Zusammenhang bestehen? Denken

Sie an die Erscheinungen in den nach ihrem ersten Verfertiger benannten Geißlerröhren. Wie hier die hindurchgesandten elektrischen Ströme die in der Röhre vorhandenen Luftreste zum Leuchten bringen, so müssen auch die von der Sonne ausgehenden Elektronen ein stilles Leuchten in den höchsten Schichten unserer Atmosphäre hervorrufen.

Auch andere Erscheinungen sprechen dafür, daß von der Sonne ausgehende Elektronenstrahlen, manchmal sogar recht tief in unsere Atmosphäre eindringen.

Der Direktor unserer eidgenössischen meteorologischen Zentralanstalt, Herr Maurer, hat darauf hingewiesen, daß eigentümliche Beziehungen bestehen zwischen der Sonnenfleckenhäufigkeit und optischen Erscheinungen in unserer Atmosphäre. Wer die Umgebung der Sonne genau beobachtet, indem er sein Auge, etwa durch die in einiger Entfernung vorgehaltene Hand, gegen das direkte Sonnenlicht schützt, der bemerkt, daß die Sonne stets von einer weißlichen, bald mehr, bald minder ausgedehnten Scheibe umgeben ist. Herr Maurer machte nun darauf aufmerksam, daß eine Ausdehnung dieser Scheibe ein Vorläufer prächtiger Dämmerungsfarben zu sein pflegt, und daß beide Erscheinungen in ihrer stärksten Ausdehnung dann auftreten, wenn die Fleckenbildung auf der Sonne zunimmt. Es kann wohl kaum mehr ein Zweifel vorhanden sein, daß mit der Fleckenbildung eine Aussendung von Elektronenstrahlen, den Kathodenstrahlen unserer Röhren, verbunden ist. Gelangen die Strahlen in unsere Atmosphäre, so müssen sie dort, wo auch nur noch eine Spur von Wasserdampf vorhanden ist, Kondensation hervorrufen, und auch die anderen noch vorhandenen Gasreste zum Eingehen chemischer Verbindungen, wie Ozon, Wasserstoffsuperoxyd usw., veranlassen, die dann in Verbindung mit den kleinen Eiskriställchen die erwähnten optischen Erscheinungen hervorrufen. So hat sich denn auch gezeigt, daß die prächtigen Purpurlichter, die wir etwa eine halbe Stunde vor Sonnenaufgang und infolge der Lebensgewohnheiten der meisten Gebildeten häufiger ebenso lange nach Sonnenuntergang

beobachten können, sich in Perioden wiederholen, die identisch sind mit der Dauer der Rotation der Fleckenzone auf der Sonne. Daß sich die Eigenschaften der Polarlichter erklären lassen, wenn wir sie als fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegte Quanten negativer Elektrizität, d. h. Elektronenstrahlen auffassen, hat Lenard gezeigt. Aber selbst, wenn wir der neuerdings mehr Boden gewinnenden Ansicht zuneigen, die Polarlichter seien hervorgerufen durch α-, d. h. Atomstrahlen, können wir an der von v. Schweidler, Swann u. a. vertretenen Ansicht, die durchdringende Strahlung verdanke ihre Entstehung einer von der Sonne ausgehenden Elektronenstrahlung, festhalten; denn ein Zwang, eine solche für identisch mit der Polarlichtstrahlung anzusehen, liegt nicht vor. Messungen der durchdringenden Strahlung aus der Polarlichtzone, welche vielleicht eine Entscheidung zu Gunsten der einen oder der anderen Ansicht bringen könnten, liegen leider noch nicht vor. Auch scheinen in der Nacht vom 13. zum 14. Mai, in der mit erdmagnetischen Störungen verbundene Polarlichter in Mitteleuropa bis in die Schweiz herein wahrgenommen wurden, nirgends Messungen der durchdringenden Strahlung vorgenommen worden zu sein. 1

Wenn Elektronenstrahlen, seien es nun von der Sonne direkt erzeugte, oder solche die zu Stande kommen, wenn die durchdringenden Strahlen auf andere Körper auftreffen, bis zur Erde gelangen, dann haben wir auch eine Erklärung dafür, daß die negative Ladung der Erde aufrecht erhalten bleibt, trotz des ständigen Zuströmens positiver Ionen. Versuche, die v. Schweidler in Innsbruck anstellte, um die Existenz von Elektronenströmen in den niederen Schichten der Atmosphäre nachzuweisen, haben bis jetzt allerdings ein negatives Resultat ergeben; doch will v. Schweidler

selbst seine Versuche noch nicht als abschließend betrachtet wissen.

Aus den magnetischen Beobachtungen läßt sich, wie früher erwähnt, ableiten, daß ein Teil des magnetischen Erdfeldes hervorgerufen sein muß durch elektrische Vertikalströme. Auf Grund der sorgfältigen Messungen des magnetischen Dienstes der Carnegie Institution konnte nun L. A. Bauer, Direktor dieses Institutes, zeigen, daß dieser Strom in den Polarregionen im allgemeinen nach oben gerichtet ist, daß also dort mehr negative Elektrizität in die Erde einströmt 1, während in niederen Breiten die zur Erde gehenden positiven Ströme überwiegen. Im einzelnen finden sich nämlich in allen Breiten sowohl abwärts als aufwärts gerichtete Ströme, und zwar überwiegen die letzteren über den Ozeanen und den Gebieten niederen Luftdruckes, d. h. aufsteigender Luftströme, während das Umgekehrte der Fall ist in den absteigenden Luftströmen. Dieses aus magnetischen Messungen abgeleitete Resultat ist sehr wichtig, wenn wir uns daran erinnern, daß wir vergeblich nach einer Erklärung dafür gesucht haben, daß nach den luftelektrischen Messungen fast ständig überall positive Elektrizität zur Erde transportiert wird, nirgends aber in genügendem Maße die zur Kompensation dieses Stromes unbedingt nötige negative. Wir werden auch so mit Notwendigkeit zu dem Resultate geführt, daß eben auch noch andere elektrische Ströme existieren müssen, als die den luftelektrischen Messungen allein zugänglichen Ionenströme.

Dafür, daß letztere von einem Elektronenstrom begleitet sind, spricht auch ihr Zusammenhang mit der Sonnentätigkeit, auf den auch L. A. Bauer aufmerksam macht.

Es zeigt sich zunächst, daß auf dem Meere, wo lokale Einflüsse weniger hevortreten, Maxima und Minima dieser Ströme an allen Orten gleichzeitig auftreten, unabhängig von der an den einzelnen Orten, wie Sie wissen, verschiedenen

Ortszeit. Während also das Maximum an einigen Orten 4 Uhr morgens auftritt, wird es an einer um 180 Längegrade entfernten Stelle um dieselbe Stunde nachmittags beobachtet. Schon diese Unabhängigkeit von der jeweiligen Tageszeit deutet auf den direkten Einfluß der Sonne. Ebenso merkwürdig ist der Umstand, daß das Maximum der elektrischen Spannung zwischen Erde und Luft in der Antarktis ebenso wie in unseren Breiten im Januar auftritt, obwohl wir in diesem Monat Winter, die südliche Halbkugel dagegen Sommer hat, während allerdings in den niederen und mittleren Breiten der südlichen Halbkugel (Batavia, Buenos Aires, Melbourne, Samoa) der meteorologische Charakter der Jahreszeit maßgebend ist. Überall aber nimmt nach den Untersuchungen L. A. Bauers die negative Ladung der Erde mit der Tätigkeit der Sonne zu, d. h. sie erreicht ihren höchsten Wert nicht dann, wenn die Zahl der Sonnenflecken selbst, sondern die Zahl der während eines Tages neu sich bildenden ihr Maximum erreicht.

Für einen direkten, d. h. nicht erst durch die Erwärmung des Bodens vermittelten Einfluß der Sonne scheinen mir auch eine Reihe anderer Tatsachen zu sprechen. So tritt in Tortosa in Spanien, einem für solche Untersuchungen klimatisch ausgezeichnet gelegenen Ort, wo Mitglieder der Gesellschaft Jesu speziell für das Studium der Beziehungen, die zwischen Sonnentätigkeit, elektrischen Strömen und magnetischen Erscheinungen bestehen, ein großartiges Observatorium eingerichtet haben, in dem gleichzeitig astronomische, meteorologische, luftelektrische und magnetische Beobachtungen vorgenommen werden, im jährlichen Gange das Maximum des Potentialgefälles im Dezember ein, der nicht der kälteste und das Minimum im Juli, der auch nicht der wärmste Monat ist. 1 In Potsdam dagegen, wo ebenfalls

alle die genannten Beobachtungen vorgenommen werden, ist entsprechend dem viel schärfer ausgeprägten, meteorologischen Charakter der Jahreszeiten dieser letztere auch für die luftelektrischen Erscheinungen maßgebend. Auch die Amplitude im täglichen Gange des Potentialgefälles in Tortosa scheint zuzunehmen mit der zunehmenden Sonnenfleckentätigkeit. Auffallend ist ferner, daß die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre überall morgens gegen 4 Uhr ein Maximum erreicht, während wir nach allem, was wir aus Laboratoriumsversuchen über den Einfluß von Temperatur und relativer Feuchtigkeit auf die Leitfähigkeit wissen, gerade das Gegenteil erwarten sollen.

Wenn weitere Untersuchungen auch an anderen Orten einen Zusammenhang zwischen dem luftelektrischen Vertikal-Strom und der Sonnentätigkeit ergeben, so ist damit freilich noch nicht gesagt, daß dieser Zusammenhang ein direkter ist. Indem die von der Sonne kommenden Elektronen, wie ich bei der Besprechung der optischen Erscheinungen bemerkte, Kondensationen in der Atmosphäre hervorrufen, können sie Leitfähigkeit und Potentialgefälle in derselben Weise beeinflussen, wie dies nach den Beobachtungen Dornos in Davos im Jahre 1912 in den hohen Schichten der Atmosphäre verbreiteter vulkanischer Staub getan hat.

Fraglich ist auch noch ein Einfluß der Sonnentätigkeit auf die Gewitter. Auffallend aber ist, daß manchmal elektrische Entladungen nicht auftreten, obwohl meteorologisch alle Bedingungen für das Zustandekommen solcher gegeben sind. Es muß, wie der kürzlich verstorbene Altmeister der Meteorologie, v. Hann, bemerkte, noch etwas dazu kommen. Könnten dies nicht Elektronen sein? In erster Linie freilich sind die elektrischen Erscheinungen der Atmosphäre durch die rein lokalen meteorologischen Verhältnisse bedingt. Dies hat sich besonders deutlich gezeigt, bei Beobachtungen die Herr P. Huber in Altdorf und der Vortragende hier in Freiburg während einiger Jahre jeweils zu derselben Stunde anstellten.

Der um die Wissenschaft hochverdiente frühere Leiter

des Observatoriums in Zikawei, P. Dechevrens, S. J., ein früherer Schüler unseres hiesigen Kollegs, fand bei Beobachtungen auf einer normannischen Insel, daß sogar die Ebbe und Flut den elektrischen Erde-Luftstrom beeinflussen.

Noch andere Erscheinungen wären in diesem Zusammenhange zu besprechen.

Wer am Telephon ein drahtloses Telegramm aufnimmt, der hört häufig allerlei Laute, die manchmal den Anschein erwecken, als ob irgend ein Unberufener in die aufzunehmende Mitteilung hineinsprechen würde, manchmal aber auch als lautes Zischen, Knistern, Rauschen und Rasseln jede Aufnahme funkentelegraphischer Zeichen unmöglich machen. Geheimnisvolle elektrische Wellen durcheilen den Luftraum. Man hat die Vermutung ausgesprochen, daß Blitzentladungen tropischer Gewitter sie hervorrufen, doch ist diese Ansicht nicht haltbar. Eher möchte ich auf Grund eigener Versuche an die Wirkung von Elektronenschwärmen denken. Freilich ist mit dieser Ansicht die Beobachtung amerikanischer Forscher, daß diese elektrischen Wellen häufiger vom Lande als von der See herkommen, schwer in Einklang zu bringen, ebensowenig aber vermag die von den Genannten selbst ausgesprochene Ansicht, daß diese Wellen hervorgerufen werden durch elektrische Entladungen in den hohen Schichten der Atmosphäre, vollständig zu befriedigen. Zum mindesten muß dann angenommen werden, daß diese Wellen je nach den lokalen Verhältnissen an der Erdoberfläche in ganz verschiedener Weise reflektiert werden.

Vielleicht haben wir hier die Entladungen vor uns, welche das früher besprochene Leuchten des Nachthimmels hervorrufen. Einen Übergang von diesen Entladungen zu den Gewittererscheinungen, auf die einzugehen an dieser Stelle zu weit führen würde, bilden die dem Wetterleuchten vergleichbaren stillen Blitze, die häufig über dem Kamm der südamerikanischen Anden beobachtet werden.

Besonders häufig scheinen sie zu sein über einem Nebelmeer, wo sie flächenartig oft über Hunderte von Quadratkilometern dahin huschen.

Auch über den Berner Alpen ist die Erscheinung schon beobachtet worden und ich möchte sie der Aufmerksamkeit der Herren Studierenden empfehlen, die sie bei nächtlichen Wanderungen im Hochgebirge, seien diese freiwillige oder unter dem sanften Zwange des Militärdienstes unternommen, vielleicht zu beobachten Gelegenheit haben.

Daß Änderungen der Elektrisierung der Atmosphäre auch die Lebensvorgänge beeinflussen, erscheint für die Pflanzen nachgewiesen 1, für den Menschen zum mindesten sehr wahrscheinlich, und es eröffnet sich hier dem Arzte, besonders in Kurorten sowohl im Gebirge als auch an der See, ein neues, bis jetzt nur von Wenigen bearbeitetes Feld der Forschertätigkeit.

Wenn aber die Vorgänge auf der Sonne die elektrischen Strömungen in der Erdatmosphäre und damit auch die Witterungserscheinungen und das menschliche Befinden beeinflussen, und wenn andererseits festgestellt ist, daß die Stellung der Planeten auch auf die Vorgänge auf der Sonne zurückwirkt, so können wir uns schließlich auch der Ansicht zuneigen, daß selbst in dem Glauben der Astrologen ein Fünkchen Wahrheit, vielleicht am Ende einige falsch ausgelegte Beobachtungstatsachen steckten.

Doch wie dem auch sei, eines steht fest: die Gravitation ist nicht das einzige Band, das die Planeten an die Sonne und diese wieder an die Planeten fesselt. Die einzelnen Glieder unseres Sonnensystems und vielleicht auch ferner Sterne verbinden auch elektrische Kräfte, und mit Erweiterung eines Satzes von Alexander von Humbold (Ansichten der Natur) können wir sagen: Was als elektrischer Strom bei jeder Nervenreizung unseren Körper durchzuckt, was durch die Kupferdrähte fließt und uns als kräftiger elektrischer Strom Licht und Wärme spendet und Maschinen und Eisenbahnen bewegt, was unsere Nachrichten in wenigen Sekunden über die ganze Erde trägt, was als Blitz die weite

Himmelsstrecke donnernd entflammt, was den stillen Gang der Magnetnadel lenkt, was die Purpurröte am Morgen- und Abendhimmel hervorzaubert, das alles fließt aus einer Quelle und in eine allverbreitete Kraft zusammen. Ferne Himmelskörper und Stäubchen in unserer Atmosphäre, alle sind Teilchen eines einzigen, wohlgeordneten Ganzen, des Kosmos.