Die Vorgeschichte seiner wissenschaftlichen Tätigkeit

Um die wissenschaftliche Leistung von Walter Dieminger besser einordnen zu können, möchte ich zunächst über die Entwicklung der Erforschung der Erdatmosphäre zwischen 1835 und 1935 berichten.

Zu Beginn dieses Zeitabschnittes wußte man aus Berichten der Bergsteiger und einiger weniger Ballonfahrer, daß bis zu den Höhen, die damals den Menschen zugänglich waren, Luftdruck und Temperatur nach oben dauernd abnehmen. Und zwar fällt der Druck innerhalb von etwa 18 km Höhendifferenz auf 1/10 während die Temperatur um 6 Grad abnimmt, wenn wir um 1 km steigen. Würde sich diese Annahme noch oben in gleicher Weise fortsetzen, so hätte man in 50 km Höhe Temperaturen zu erwarten, die in der Nähe des absoluten Nullpunktes liegen und in 300 km Höhe weniger als ein Atom pro cm³, d.h. ein Ultrahochvakuum. Es ist unter diesen Umständen verständlich, daß man den extraterrestrischen Raum – den „schwarzen Abgrund“ - für kalt und leer und daher wenig interessant hielt. Es herrschte die Meinung vor, daß man es in der Atmosphäre vorwiegend mit adiabatischen Vorgängen zu tun hätte und die Erforschung der Erdatmosphäre wurde zu dieser Zeit fast ausschließlich im Rahmen der Meteorologie betrieben. Unter diesen Annahmen mußte die Grenze der Atmosphäre bei 28 km liegen.

Doch gab es bereits vor der Jahrhundertwende Anzeichen dafür, daß der darüber liegende „Abgrund“ nicht ganz leer sein konnte. Alexander von Humboldt hatte um 1830 vorgeschlagen, die Abweichung der Magnetnadel von der wahren Nordrichtung, die sog. Deklination, systematisch an verschiedenen Stellen zu beobachten. Dies wurde im Jahr 1834 von Gauß und Weber im sog. Göttinger Verein in die Tat umgesetzt. Diese Messungen lieferten das unerwartete Ergebnis, daß nur der kleinere Teil der beobachteten tagesperiodischen Änderungen aus dem Erdinneren stammt, während der größere Teil offenbar durch eine extraterrestrische Quelle verursacht wird.

1878 stellte dann Balfour Stewart die berühmte, später von A. Schuster weiter ausgebaute Hypothese auf, daß die regelmäßigen Anteile dieser Variationen, die eine sonnen- und mondtägliche Periode aufweisen, durch elektrische Ströme in der hohen Atmosphäre verursacht werden. Dies setzt aber voraus, daß in großen Höhen – wie hoch wußte man seinerzeit noch nicht – etwas vorhanden sein muß, dessen Leitfähigkeit viel besser als die der Luft am Erdboden ist. Wie schwierig eine genaue Geschichtsschreibung ist, zeigt sich daran, daß man heute für die Veröffentlichung dieser Hypothese in der Sekundärliteratur drei verschiedenen Jahreszahlen findet, nämlich 1878, 1882 und 1884, wobei die Zahl 1882 – aus der Encyclopaedia Britannica (15. Aufl. 1973-1974) wohl die zuverlässigste ist (Hartmann, 1989).

Im Jahre 1888 hatte Heinrich Hertz experimentell nachgewiesen, daß Wellen, die von einer „Dipolfunkenstrecke“ emittiert werden, sich wie Licht ausbreiten. Er folgerte, daß diese Wellen ebenso wie Licht elektromagnetische Strahlung waren, ohne allerdings eine Anwendung in der Telekommunikation vorherzusehen. Als dies später G. Marconi und andere taten, wurde deutlich, daß Radiowellen der Krümmung der Erde folgten, in diesem Zusammenhang also den Lichtwellen nicht ähnlich waren. 1907 zeigte Jonathan Zenneck und 1909 Sommerfeld noch genauer, daß dies unter anderem wegen der Diskontinuität zwischen freiem Raum und der Erdoberfläche so ist. Das Konzept einer Bodenwelle konnte allerdings nicht die Ausbreitung über interkontinentale Distanzen erklären. Hier wurde die Hypothese einer elektrisch gut leitenden Schicht in großen Höhen durch G. Marconi neu belebt, der in den Jahren 1887 bis1901 nachwies, daß Radiowellen viel weiter reichen als die Theoretiker vorausgesagt hatten.

Zur Erklärung dieser überraschenden Erscheinung postulierten im Jahr 1902 Heaviside und unabhängig von ihm Kennely eine elektrisch leitende Schicht in der hohen Atmosphäre, welche die von der Erde schräg nach oben abgestrahlten elektromagnetischen Wellen zur Erde zurückspiegelt. So kam in diesem Jahr die Ionosphäre zu ihrem „Jugendnamen“ Heavisideschicht. Es ist heute schwer vorstellbar, daß diese Hypothese noch im Jahre 1920 von Fachleuten heftig bekämpft wurde. Die endgültige Entscheidung brachte 1924/1925 der direkte Nachweis von reflektierten elektromagnetischen Wellen durch die Engländer Appleton und Barnett und gleichzeitig - unabhängig davon - durch die Amerikaner Breit und Tuve. Letztere benutzten die heute übliche Impuls- und Echolotungsmethode (Bibl, 1998). Dagegen schloß Appleton auf die Existenz reflektierter Wellen aus Interferenzerscheinungen, die er während der Nacht beim Empfang eines Rundfunksenders in einigen 100 km Entfernung beobachtete. Er bestimmte die Reflexionshöhe aus der Periode der Interferenzen zu rund 100 km und fand wenig später ein weiteres Reflexionsniveau in 200 bis 300 km Höhe.

Bemerkung:

Durch die Beobachtung der farbenprächtigen Erscheinungen der Polarlichter von drei Punkten aus bestimmte man ihre häufigste Höhe. Sie lag bei 100 km. Es gab aber auch Polarlichter, die bis zu 1000 km Höhe reichten. Das setzte aber voraus, daß sich in diesen Höhen noch ausreichend Gas befindet, das zum Leuchten angeregt werden kann.

Nach den Experimenten von Appleton, Barnett, Breit und Tuve interessierten sich in Deutschland ab 1925 drei Gruppen für die Untersuchung dieser Phänomene.

1.      Försterling und Lassen an der Universität Köln (theoretische Arbeiten)

2.      Zenneck und Mitarbeiter and der Technischen Hochschule (TH) München (experimentelle Arbeiten)

3.      Quack und Mögel in der „Gesellschaft für drahtlose Telegraphie mbH“

Der Name Ionosphäre wurde im Jahr 1929 unabhängig von Watson-Watt in England und im Jahr 1931 von Plendl in Deutschland vorgeschlagen. Die Ionosphäre kann also dieses Jahr ihren 72 Geburtstag feiern. Walter Dieminger hat ihre Kinderjahre hautnah miterlebt und wesentlich mitgestaltet.

In den Jahren 1927 bis 1932 wurde die Dispersionsformel von Lassen in Deutschland und 1932 von Appleton  in England entwickelt. Diese Formel ist die Grundlage für die Berechnung der Strahlwege in der Ionosphäre, z.B. mit Hilfe des sog. „Ray Tracing-Verfahrens“.

Eine andere Entdeckung, die gleichzeitig in England und Deutschland gemacht wurde, ist der experimentelle Nachweis der doppelbrechenden Eigenschaften der Ionophäre, und zwar im Jahr 1932 durch Appleton und Builder sowie durch Rukop und Wolf. Während die frühen deutschen Arbeiten auf dem Gebiet der Ionosphärenforschung im Ausland nahezu unbekannt blieben, ist die gründliche Diskussion der Dispersionsformel durch Goubau (1934) zu einem internationalen Textbuch geworden.

Für knapp 50 Jahre  - von 1920 bis etwa 1970 - d.h. bis gut 10 Jahre nach dem Start des ersten russischen Erdsatelliten „Sputnik“ im Oktober 1957, war die Ionosphäre, abgesehen von den Seekabeln, der wichtigste transozeanische und interkontinentale Kurzwellen-übertragungskanal (Hartmann, 1988). Ihre Erforschung, insbesondere die Funkwettervorhersage, hatten große Bedeutung, insbesondere für die Deutsche Bundespost. Nach dem erfolgreichen Sputnikstart verlor die Ionosphäre diese Bedeutung in dem Maße wie die Satellitenkommunikations- und -navigationssysteme zunahmen und zuverlässiger global eingesetzt werden konnten. Dafür wurde die Untersuchung der (störenden) Einflüsse der Ionosphäre auf diese (high tech) Satellitenradionavigationssysteme und Satellitenkommunikationssysteme immer unverzichtbarer. Die Grundlagenforschung der Ionosphäre wurde entsprechend reduziert und zog sich vorwiegend auf die Untersuchung von Problemen der äquatorialen und polaren Ionosphäre zurück sowie auf die Untersuchung von solar terrestrischen Beziehungen und Kopplungserscheinungen mit der Magnetosphäre und dem interplanetaren Raum vom Boden aus, von Flugzeugen aus, mit Ballonen, Raketen und Satelliten. (Kohl et al.,1996). Die neuartigen Satelliten- und Raketenexperimente spielten dabei eine wachsende Rolle, z.B. die tomographischen Verfahren (Yeh und Raymund, 1991).

Da der Kommunikationskanal Ionosphäre weniger leicht durch „böswillige“ Menschen gestört werden kann als viele Satellitenkommunikationssysteme, hat die Ionosphäre - besonders auch wegen der großen Fortschritte der Mikroelektronik - inzwischen aber wieder als - sog. „globaler Back-Up Kommunkationkanal“ - wieder nahezu unbemerkt an Bedeutung gewonnen, nicht nur für das Militär (Hartmann, 1988). Welche unverzichtbare (existentielle) Rolle die Ionosphäre als Teil der oberen Erdatmosphäre heute nicht nur für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen spielt, sondern auch für unsere Existenz im Ökosystem und für die Grundlagenforschung, dringt in immer komplexer und bürokratischer werdenden (politischen Systemen immer zeitverzögerter in das öffentliche Bewußtsein ein und gefährdet so die Stabilität des Systems. Gerade deshalb ist es um so unverantwortlicher - wenn auch teilweise erklärbar, z.B. durch die wachsende Atomisierung der Verantwortung und das zunehmende „Pagensyndrom“ - die Förderung der Grundlagenforschung der Erdatmosphäre so stark einzuschränken wie es z.B. gerade in der Bundesrepublik Deutschland geschieht. (Unter dem Begriff „Pagensyndrom „ soll das menschliche Verhalten beschrieben werden, das dem der Pagen in dem Märchen “Des Kaisers neue Kleider“ - von H. Ch. Andersen im Jahr 1898 geschrieben - ähnlich ist, die - obwohl sie wußten, daß der Kaiser gar keine Schleppe trug,- diese nur noch um so stolzer hinter ihm her trugen).

Heute begegnet uns die „alte“ Ionosphäre – knapp 100 Jahre nach ihrer Entdeckung und 72 Jahre nach ihrer „Taufe“ - wieder, in des „Kaisers neuen Kleidern“ unter anderem als Weltraumwetter, auf Englisch: Space Weather. ( Kohl et al.,1996, Leitinger et al. 2000, Prölss, 2001, Schwenn und Schlegel, 2001).