Die Ionosphäre

heißt das Buch meines Vaters Prof. Dr. Karl Rawer, das er 1953 schrieb. Es ist heue Standardwerk für alle Physiker, die sich mit der Jonosphäre beschäftigen.

Ionen sind elektrisch geladene Teilchen, Teile von Molekülen oder Atomen.
Die Lufthülle der Erde (78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, ~1% Edelgase) wird nach oben (=aussen) immer dünner.
Bis ca 5 km ist sie für den Menschen ohne Sauerstoff erträglich, nur Extremsportler gelangen bis 8000 m ohne ihn.
Düsenflugzeuge (ohne Raketenantrieb) fliegen heute um ca. 20km hoch, der Weltrekord liegt derzeit bei ca 30 km. 

Die Sonne schickt kontinuierlich hochenergetische Stahlung nach allen Seiten aus, also auch zur Erde. Die Lufthülle ist der Schutzschild, der uns Lebewesen vor dieser tödlichen Strahlung schützt. Allerdings werden durch diese Sonnenstrahlung (Teilchenstrahlung = Korpuskularstrahlung und elektromagnetische Strahlung = Ultraviolette- und Röntgenstrahlung) Moleküle der Äußeren Luftschichten (80 km und höher) zerschlagen. Dadurch werden freie Elektronen abgetrennt, übrig bleiben positiv geladene Reste (Teilchen), die Ionen. 

Da die Erde ein recht starkes Magnetfeld hat (Magnetnadeln können bekanntlich die Pole anzeigen), werden diese Ionen in der "Ionosphäre" abgelenkt. Aus dem Physikunterricht weiß man, elektrische Ladungen fliegen auf kreisförmigen Bahnen um die Feldlinien herum, in diesem Falle eher Korkenzieherartig (ja nach Ladung), was dazu führt, dass sie mit großer Geschwindigkeit von Pol zu Pol pendeln. Da die Feldlinien am Pol enden, bringen diese Ionen dort vorhandene Moleküle der Atmosphäre oft zum Leuchten (Nordlichter). (Bild: Elektronendichte und Ionenzusammensetzung in der Iomosphäre)

Auf der Sonnenseite der Erde bewirkt die Sonnenstrahlung diese Aufspaltung der Moleküle bis auf ca. 80 km herab. Auf der sonnenabgewandten Seite (Nachtseite) beginnt diese Ionosphärenschicht deutlich höher, ab ca. 400 km.

Je stärker die Strahlung von der Sonne ist, desto stärker reicht die betroffene Schicht nach unten. Die Sonne strahlt nicht gleichmäßig, es gibt einen 12-jährigen Sonnenfleckenzyklus. Dazu kommen aber noch Ausbrüche auf der Sonnenoberfläche (Protuberanzen), die eine härtere Strahlung aussenden. Die Sonnenflecken, die man mit optischen Mitteln sehen kann, sind die Zentren von solchen Unregelmäßigkeiten. Wie das auf der Sonne bewirkt wird, ist immer noch nicht wissenschaftlich geklärt.

Rein theoretisch wäre auch denkbar, dass ein besonders heftiger Ausbruch auf der Sonne die Erdatmosphäre einmal wegbläst. Das wäre in Kürze das Ende allen Lebens, denn die gefährliche Sonnenstrahlung könnte dann ungebremst in die Körper der Lebewesen eindringen und auch dort Moleküle aufspalten, zerreißen, zerstören. Das tut sie auch heute kontinuierlich, aber die Lebewesen haben gelernt, diese gefährlichen (Krebs-)zellen zu vernichten, solange ein bestimmtes Maß nicht überschritten wird. Wird (z.B. die radioaktive) Strahlung zu hoch, ist Krebs unvermeidlich.

Ionosphäre spiegelt Radiowellen

Von unten (der Erdoberfläche) aus betrachtet, wirkt die Ionosphäre wie eine (unsichtbare) Wolkendecke. Sie ist allerdings nur von Elektromagnetischen Wellen im "normalen" Wellenbereich (Langwellen, Mittelwellen, Kurzwellen) sichtbar. Ultrakurze Wellen (UKW) gehen durch sie hindurch. Die normalen Wellen werden daran gespiegelt. (Vergleiche Laserlicht an tiefen Wolkendecken)

Man kann also z.B. Radiosendungen nicht nur dort empfangen, wo man Sichtverbindung zum Sender hat, sondern auch überall dort, wo die gespiegelten Radiowellen hingelangen (mit einer Höhe von 80 km und der Erdkrümmung kann man den möglichen Radius errechnen. Diese "erste" Spiegelung reicht aber bei Weitem nicht um die Erde. Es kann auch vorkommen, dass die Wellen mehrfach reflektiert werden (Zwischen Erdoberfläche und Ionosphäre hin und her). Man spricht dann von Überreichweiten. Diese treten aber nur bei bestimmten Situationen auf (bei denen auch verstärkt Nordlichter auftreten).

Karl Rawers Aufgaben

Während des 2. Weltkrieges war es für Deutschland wichtig, seine Schiffe per Funk (Kurzwelle) auch vor Amerika, sogar im Pazifik zu erreichen und natürlich auch Sendungen von diesen zu empfangen. Es war die oberste Aufgabe meines Vaters, als er bei der Luftwaffenerprobungsstelle in Rechlin 1939 angesellt wurde, eine regelmäßige Vorhersage für die Kurzwellenausbreitung zu machen. Das Problem hatte er theoretisch schon in seiner Doktorarbeit gelöst und musste dies nun in die Praxis umsetzen. Am Ende hat er Formeln und anwendbare Tabellen für diese Vorhersage entwickelt, die noch heute benutzt werden (Daher wird er auch der "Pabst der Ionosphäre" genannt). Allerdings ist mit der Ausbreitung des UKW-Funkes das Interesse an der Ionosphäre geschwunden. Heute benutzen nur noch Amateurfunker und Spione die Kurzwelle.

Nach dem Krieg zeigten vor allem die Franzosen - die ja während der deutschen Besatzung kaum wissenschaftlich arbeiten konnten, schon gar nicht auf solch einem militärisch wichtigen Gebiet - großes Interesse daran, ihn in ihre Dienste zu nehmen. Auch Amerika wurde auf ihn aufmerksam, kam aber nur wenige Stunden zu spät (siehe "Meine Kinder umkreisen die Erde", Herderverlag, Freiburg). Er schlug sich 1946 in die französische Besatzungszone durch. 

Dort konnte er im Auftrag der französischen Marine ein Institut im beschlagnahmten Schloss in Neuershausen bei Freiburg aufbauen, was er ca. 10 Jahre lang betrieb (SPIM, vgl. Karl Rawer bei Wikipedia). 

Erste Raketenstarts

In diese Zeit fielen die ersten Raketenstarts der Franzosen in der Sahara. Die Franzosen hatten wie alle Siegermächte deutsche Techniker und Ingenieure angeheuert, die die Ergebnisse von Peenemünde weiterentwickelten. 

Dem oberste Leiter der Militärforschung unterstand auch die Raketenforschung. Mein Vater erfuhr von einem Raketenstart, der nur Ballast transportieren sollte. Er bot sich an, einen sinnvollen "Ballast" in die Raketenspitze zu bauen: Ein Empfangsgerät, das kontinuierlich die Radiowellen durchsuchte und die Intensität auf Film aufnahm. Besonders die nordafrikanischen Radiosender in den dortigen Kolonien konnten als Vergleich herangezogen werden, da deren Feldstärke bekannt war.

Der Start war ein voller Erfolg, die Raketenspitze mit den belichteten Filmen wurde aber erst ein Jahr später von einer Militärstreife gefunden. Zum erstenmal konnte man in der Ionosphäre messen, was zuvor nur vom Boden aus möglich war. Das war der Durchbruch für viele weitere Starts mit den Franzosen in der Sahara, später auch in Kourou in französisch Guayana, das heute europäischer Weltraumbahnhof ist. 

Nach 10 Jahren wurde sein Institut an deutsche Stellen übergeben, er baute in Breisach eine neue Ionsophärenstation auf. Zeitgleich unterhielt er in Freiburg eine Arbeitsgruppe für physikalische Weltraumforschung.

Zusammenarbeit mit Roy Piggot (www.ursi-landesausschuss.de/dieminger/die_zeit_nach_1945.htm)

Nach dem Krieg musste Karl Rawer erst einmal nach Frankfurt, wo die Alliierten das IG-Farben-Gebäude als Hauptsitz beschlagnahmt hatten. Dort wurde er von dem englischen Physiker Roy Piggot verhört. Wie er heute erzählt, war das aber eher ein Austausch des jeweiligen Forschungsstandes. Nachdem er zu den Franzosen gewechselt hatte (Verbindungen hatte er schon damals geknüpft), behielt er die Verbindung zu Roy Piggot aufrecht, mit dem er bald recht gut befreundet war. 

Diese Freundschaft hielt bis zu Roys Tod. Er veröffentlichte zusammen mit Roy einige wissenschaftliche Bücher in englisch. Oft schickte er Roy auch Veröffentlichungen, die Vater in Englisch geschrieben hatte, um das Englisch zu redigieren. Meist bekam er aber einen völlig neuen Text zurück, denn Roy war recht gründlich.

Roy Piggot war auch bei uns im Hause ein gern gesehener Gast. Vor allem sein von Oxford geprägtes Englisch beeindruckte uns, da er meist recht langsam und deutlich sprach, womit unser Schulenglisch gerade noch mitkam.