Vostverlagsort Leipzi
ü iiU ^ o D I E
NATURWISSENSCHAFTEN
BEGKÜNDET VON A. EEP,LINEP. UND C. THESING H ER A U SG EG EBEN VON
A R N O L D B E R L I N E R
U N T E R B E S O N D E R E R M I T W I R K U N G V O N HANS SPEMANN I N F R E I B U R G I. B R .
ORGAN D E R G E S E L L S C H A F T D E U T SC H E R N A TU R FO R SCH E R UND Ä R Z T E
U N D
ORGAN D E R K A IS E R W IL H E L M -G E S E L L S C H A F T Z U R FÖ R D E R U N G D E R W ISSENSCH AFTEN V E R L A G V O N J U L I U S S P R I N G E R I N B E R L I N W 9
H E F T 18 ( S E I T E 3 0 1 - 3 2 4 ) 4. M A I 1928 16. JA H R G A N G
I N H D ie h ö ch ste n A tm osphärensch ich ten . V o n J.
Ba r t e l s, B erlin -E b ersw ald e (Mit 3 F iguren) 301 V e rsu ch e ü b e r den G eschm ackssinn der B ienen.
(Z w eite M itteilung.) Von K . v . Fr i s c h, M ünchen . . . ...
Zu s c h r i f t e n:
M oleku largew ich t v o n N itrocellulose in Cam pher- schm elzen. (V orläufige M itteilu n g .) V on C. Tr o g u s und M. Ab d e l Sh a h i d, B erlin- D ahlem . (M it 1 F igu r) ...
A usfallen de L in ien in op tisch erregten Jodd am p f- fluorescenzbanden. V on Pe t e r Pr i n g s h e i m, B e r l i n ...
Be s p r e c h u n g e n :
Ru s s e l l, H . N ., R . S. Du g a nund J. Q. St e w a r t, A stronom y. ( R e f .: A rth u r B eer, R eich enb erg) 316 Bi r t w i s t l e, G ., T h e n ew Q u an tu m M echanics.
(R e f.: W . H eisenberg, L e i p z i g ) ...3x8 Ed d i n g t o n, A . S., D er innere A u fb a u der Sterne.
(R ef.: R . E m den , M ü n c h e n ) ... 318 Kl e i n, F ., V orlesu n gen ü ber die E n tw ick lu n g
3°7
315
315
A L T :
der M a th e m a tik im 19. Jahrhu n dert. T eil II.
(R ef.: P. P . E w a ld , S t u t t g a r t ) ...318 j De s c a r t e s, Re n£ , L a G eom etrie. ( R e f .: F ried rich
D ren ck h ah n , R o s t o c k ) ...31g Pt o l£m£e, Cl a u d e, C om position M athem atiqu e.
(R ef.: F rie d rich D ren ck h ah n , R o stock ) . . 31g H a n d b u ch der E x p e rim e n ta lp h y sik . B a n d 14.
(R ef.: L ise M eitner, B erlin-D ah lem ) . . . . 3 1 g Le w i s, Gi l b e r t Ne w t o n, D ie V a le n z und der
B a u der A to m e und M oleküle. (R ef.: W . G rotrian, B e r lin - D a h le m ) ...320 We i g e r t, F ., O p tische M ethoden der Chem ie.
( R e f.: A rn . B erliner, B e r l i n ) ... 320 Bo t a n i s c h e Mi t t e i l u n g e n: D ie A b h än g ig k eit
der W asserv erd u n stu n g in b ew egter L u ft von der G röße d er O berfläche. D ie B ed eu tu n g der R assen ökologie fü r die S y s te m a tik und G eo
graphie der Pflanzen . D ie p flanzengeographische Stellu n g Schlesiens. E in ig e neuere p o llen a n a ly tisch e U n tersuchungen. D ie U n tersu chu ngen über die W a ld ve g e ta tio n in Süd- und M ittelfin n lan d 321
Spektroskope Spekirographen
H a n d sp e k tr o sk o p e V e r g le ic h s sp e k tr o sk o p e
G itte r s p e k tr o s k o p e A u to k o llim a tio n s s p e k tr o s k o p
F e sta r m ig e s S p e k tr o sk o p G itte r s p e k tr o g r a p h L e h r - Sp e ktro g f a p h m it T e ilk r e is fü r sich tb a re s u n d
u ltr a v io le tte s Licht S p e k tr o g r a p h f ü r C h e m ik e r
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II D I E N A T U R W I S S E N S C H A F T E N . 1928. H eft 18. 4. M ai 1928.
DIE NATURWISSENSCHAFTEN
erscheinen wöchentlich und können im In- und Auslande durch jede Sortimentsbuchhandlung, jede P ostanstalt oder den Unterzeichneten Verlag be
zogen werden. Preis vierteljährlich für das In- und Ausland R M 9.— . Hierzu tritt bei direkter Zustellung durch den Verlag das Porto bzw. beim Bezüge durch die P ost die postalische Bestellgebühr. Einzelheft R M 1.— zuzüglich Porto.
Manuskripte, Bücher usw. an
Die Naturwissenschaften, Berlin W 9, Linkstr. 23/24, erbeten.
Preis der Inland-Anzeigen: 1/1 Seite R M 150.— ; Millimeter-Zeile R M 0.35. Für Vorzugsseiten besondere Vereinbarung. — Bei Wiederholungen Nachlaß.
Auslands-Anzeigenpreise werden auf direkte Anfrage mitgeteilt.
Klischee-Rücksendungen erfolgen zu Lasten des Inserenten.
Verlagsbuchhandlung Julius Springer, Berlin W 9, Linkstr. 23/24 F ernsprecher: A m t K u rfü rst 6050— 53 un d 6326— 28
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S o e b e n e r s c h i e n :
Sterne und Atome. E in gem ein verständ lich es B uch von A> S . E d d i l t g t O I I ) P lu m ian P rofesso r der A stronom ie an der U n iversität C am b rid g e. M it E rgän zu n gen des A utors ins D eutsch e ü bertragen von D r. O . F. B o l l n o w , G öttin g en . M it 11 A b b ild u n g en . V , 124 Seiten.
1928. R M 5.60; g ebu n d en R M 6.80
I n h a l t s v e r z e i c h n i s : E r s t e V o r l e s u n g . D a s I n n e r e e i n e s S t e r n e s . — D ie T em p eratu r im Innern. — D ie Ionisation der A tom e. — S trahlu n gsd ru ck u nd M asse. — D as Innere eines Sternes. — D ie U n d u rch sich tb ark eit der S tern m aterie. — D ie B ezie h u n g zw isch en H e llig k e it und M asse. — D ich te Sterne. — Z w e i t e V o r l e s u n g . E i n i g e n e u e U n t e r s u c h u n g e n : D ie G esch ich te v o m A lg o l. — D ie G esch ich te des B eg leiters [des Sirius. — U nbekannte A to m e und die D e u tu n g der Spektren. — S pektralserien. — D ie W o lk e im W elten ra u m . — D ie Sonnenchrom osphäre. — D ie G esch ich te des B eteig eu ze. — D r i t t e V o r l e s u n g . D a s A l t e r d e r S t e r n e : Pulsierende Stern e. — D ie C ep h eid en als „N o rm a lk erzen “ . — D ie K ontraktionshypothese. — Inneratom are E n erg ie. — D ie E n tw ic k lu n g der Sterne. — D ie S trah lu n g der M asse. — A n h a n g . W e ite re B em erkun gen ü ber den B e g le ite r des Sirius. — D ie Identifikation des N ebu liu m .
Der innere Aufbau der Sterne. V on A. S . E d d i n g t e n , M . A., L . L . D ., D . Sc., F. R . S., P lu m ian P rofessor der A stronom ie an der U n iversität C a m b rid g e . N ach E rg ä n z u n g der eng lischen A usgabe durch P rofessor A.] S. E d d in g to n ins D e u tsch e ü bertragen von D r. E . v o n d e r P a h l e n , A strop hysikalisch es O b servatoriu m 'P otsd a m . M it 5 A bbildungen.
V III, 514 Seiten. 1928. R M 28.— ; gebu n den R M 50.—
I n h a l t s v e r z e i c h n i s : Ü b erb lick ü b e r 'd a s Prob lem . — T h erm o d yn am ik der Strahlun g. — Q u an ten th eorie. — Polytrop e G ask u g eln . — S tra h lu n g sg leich g g w ich t. — L ö su n g der G leich u n g en . — D ie M assen -H elligk eitsb ezieh u n g . — V erän d erliche Sterne. — D e r K o effizien t der O pazität. — Ionisation, D iffusion , R o tation . — D ie Q u elle der S tern en ergie. — D ie äußeren T e ile eines Sternes. — D iffuse M a te rie im R au m e. — P h ysikalische und astronom ische K onstanten. — L ite ratu rve rze ich n is. — N a m e n verzeichn is. — Sachverzeichnis. — T ab ellen .
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DIE NATURWISSENSCHAFTEN
16. Jahrgang 4. M ai 1928 H eft 18
Die höchsten Atmosphärenschichten 1.
V o n J. Ba r t e l s, B e r lin - E b e r s w a ld e . 1. A er o lo g ie. N a c h d e n a e r o lo g is c h e n B e o b
a c h tu n g e n la s s e n s ic h in d e r A tm o s p h ä r e im w e s e n t lic h e n z w e i S c h ic h t e n u n t e r s c h e id e n : E in e u n t e r e , d ie T ro p o sp h ä re, in d e r d ie W itt e r u n g s v o r g ä n g e sich a b sp ie le n u n d d ie T e m p e r a t u r in d e r R e g e l n a c h ob en a b n im m t , u n d e in e o b e re , d ie S tra to sphäre, in d e r d ie T e m p e r a t u r in v e r t ik a le r R i c h tu n g n a h e z u k o n s t a n t is t o d e r la n g s a m z u n im m t.
D ie G re n z flä c h e z w is c h e n b e id e n lie g t a m Ä q u a t o r 1 6 k m , a m P o l e t w a 8 k m h o c h ; m it d ie s e r v e r s c h ie d e n e n H ö h e n la g e h ä n g t es zu sa m m e n , d a ß d ie S t r a t o s p h ä r e ü b e r d e m Ä q u a t o r m it — 8 0 0 k ä lt e r i s t a ls in g le ic h e r H ö h e ü b e r d e m P o l ( — 50 °). D ie T e m p e r a t u r v e r h ä lt n is s e in d e r T r o p o s p h ä r e w e rd e n , d e r ü b lic h e n A u s d r u c k s w e is e z u fo lg e , b e h e r r s c h t d u rc h K o n v e k t i o n ( v e rtik a le D u r c h m is c h u n g ) u n d A d v e k t i o n (h o riz o n ta le L u f t v e r s e t z u n g ) . D ie m it t le r e T e m p e r a t u r der S t r a t o s p h ä r e h a b e n R . Em d e n u . a . in g r o ß e n Z ü g e n e r k lä r t a u s d e m S tr a h lu n g s g le ic h g e w ic h t z w is c h e n S o n n e n -, E r d - u n d A tm o s p h ä r e n s tr a h lu n g , w o b e i d ie s e le k tiv e A b s o r p t io n d e s W a s s e r d a m p fe s im U l t r a r o t d ie G le ic h g e w ic h t s t e m p e r a t u r in d e r H ö h e e rn ie d rig t.
D ie h ö c h s te n B a llo n a u f s t ie g e m it m e te o r o lo g is c h e n I n s tr u m e n te n e r r e ic h t e n 19 1 3 — 1 9 1 4 in B a t a v i a 31 k m . D ie tie fs te m it t le r e T e m p e r a t u r w a r d a b e i — 8 5 ° in 1 7 k m H ö h e ; in e in e m E in z e lf a ll w u r d e — 92 0 in i 5 x/2k m H ö h e g e fu n d e n . N a c h o b e n n a h m d ie T e m p e r a t u r w ie d e r zu ( — 55 0 in 26 k m ).
W en n m a n e tw a s ü b e r d e n Z u s t a n d d e r d a r ü b e r lie g e n d e n S c h ic h t e n e r fa h r e n w ill, is t m a n v o r lä u f ig a u f in d ir e k t e S c h lü s s e a n g e w ie s e n . D a z u m ü s s e n v e r s c h ie d e n a r t ig e B e o b a c h t u n g e n a u s d e r u n s u n m it t e lb a r z u g ä n g lic h e n d ü n n e n K u g e ls c h a le k o m b in ie r t w e rd e n . W ie b e i a lle n g e o - u n d a s t r o - p h y s ik a lis c h e n F r a g e n b ild e n d ie n o t w e n d ig e n U m w e g e die S c h w ie r ig k e it , a b e r a u c h d e n R e iz d e r U n te r s u c h u n g e n , d ie im fo lg e n d e n b e s p r o c h e n w e r d e n sollen.
2 . Z erstreu u n g i n d en W elten ra u m . W e n n d ie A tm o s p h ä r e m it d e rs e lb e n W in k e lg e s c h w in d ig k e it r o tie r e n w ü rd e w ie d e r fe s te E r d k ö r p e r , so w ä r e n a u f e in e m K r e is m it d e m 6 1/2 fa c h e n E r d r a d iu s (42 000 k m ) in d e r Ä q u a t o r e b e n e Z e n tr if u g a l- u n d G r a v it a t io n s k r a ft g le ic h g r o ß . U n t e r g e w is s e n A n n a h m e n k a n n m a n d ie s e n G r e n z k r e is z u e in e r F lä c h e g le ic h e n D r u c k e s v e r v o lls tä n d ig e n , d e re n P o la r r a d iu s 28000 k m b e t r ä g t (1). J e d o c h h a t d i e s e R e c h n u n g n u r a k a d e m is c h e n W e r t , d e n n d ie D ich te w ä r e d o r t so g e rin g , d a ß e r s t in e in e m W ü r f e l von i o 75 k m K a n t e n lä n g e d u r c h s c h n it t lic h e in ein ziges M o le k ü l v o rh a n d e n w ä r e . *
1 V o r tr a g im B erliner Z w eigverein der D eutschen M eteorologischen G esellschaft, 10. Ja n u a r IQ28.
E in K ö r p e r , d e r m it e in e r G e s c h w in d ig k e it v o n m e h r a ls 1 1 k m / se c n a c h a u ß e n flie g t, v e r lä ß t d ie E r d e in h y p e r b o lis c h e r B a h n u n d k e h r t n ic h t w ie d e r z u ih r z u r ü c k . N a c h d e n V o r s t e llu n g e n d e r k in e tis c h e n G a s th e o r ie m u ß a lso d ie A t m o s p h ä r e s t ä n d ig G a s m o le k ü le v e r lie r e n , u n d z w a r u m so m e h r, je h ö h e r d ie T e m p e r a tu r u n d je g e r in g e r d a s M o le k u la r g e w ic h t d e s G a s e s . I n g e n ü g e n d g r o ß e n H ö h e n m a c h t es d ie g e r in g e D ic h t e u n w a h r s c h e in lic h , d a ß a u s w ä r t s flie g e n d e M o le k ü le n o c h m it a n d e re n z u s a m m e n s t o ß e n . N a c h Je a n s (2) w ü r d e a b e r a u f d e r E r d e , s e lb s t b e i W a s s e r s t o ff v o n 1 0 0 0 C , d e r V e r l u s t in n e r h a lb M illio n e n v o n J a h r e n n o c h n ic h t m e r k lic h se in . E b e n s o v e r h ä lt es s ic h b e i d e r S o n n e , b e i d e r d ie h o h e T e m p e r a t u r (6000 °) d u r c h d ie g r o ß e S c h w e r k r a ft a n d e r O b e r flä c h e (28 fa c h e E r d s c h w e re ) in ih re r W ir k u n g k o m p e n s ie r t w ir d . D a g e g e n k a n n d e r M o n d , s e in e r g e rin g e n A n z ie h u n g s k r a ft w e g e n (1/6 d e r E r d s c h w e r e ), k e in e A t m o s p h ä r e f e s tlia lte n .
3. O p tisch e E r sc h e in u n g e n . U n t e r d e n V o r g ä n g e n , d ie s in n fä llig v o n d e r E x is t e n z e in e r A t m o s p h ä r e in g r o ß e n H ö h e n z e u g e n , is t d ie D ä m m eru n g in ih r e r m a n n ig fa c h e n G e s t a lt sc h o n la n g e s y s t e m a t is c h b e o b a c h t e t w o rd e n . M a n h a t v e r s u c h t , d a s A u f t r e t e n m e h r e re r D ä m m e r u n g s b o g e n a ls F o lg e e in e s g e s c h ic h te te n A u f b a u s d er A t m o s p h ä r e zu d e u te n , je d o c h i s t d ie T h e o r ie d e r a tm o s p h ä r is c h e n L i c h t z e r s t r e u u n g zu v e r w ic k e lt, a ls d a ß b is h e r q u a n t i t a t i v e A n g a b e n m ö g lic h w ä re n . E in f a c h e r sin d d ie V e r h ä lt n is s e b e i d e n leu ch tenden N a ch tw o lk en . S e it d e m J a h r e 1885 h a t m a n v o n M it t e M a i b is J u n i n o c h u m M it t e r n a c h t in B e r lin s ilb e r h e lle W o lk e n g e se h e n . Je s s e b e s t im m t e p h o t o g r a m m e t r is c h ( D r e ie c k S te g lit z - R a th e n o w -N a u e n ) ih re H ö h e zu 82 — 83 k m . D ie H ö h e n la g e w a r b e m e r k e n s w e r t k o n s t a n t . D e r G la n z n a h m v o n J a h r zu J a h r b is 1890 a b ; s c h lie ß lic h w a r W o g e n b ild u n g zu e rk e n n e n , ä h n lic h d e n C ir r u s w o lk e n . D ie W o lk e n b e w e g t e n s ic h h a u p t sä c h lic h v o n O s te n n a c h W e s t e n m it r u n d io o m / s e c . D e r a r tig e W o lk e n w u rd e n a u c h in n e u e re r Z e it h ä u fig b e o b a c h t e t , m e is t im A n s c h lu ß a n V u lk a n a u s b r ü c h e ( K r a k a t a u 18 8 3 , K a t m a i 1 9 1 2 u s w .); es h a n d e lt s ic h v e r m u t lic h u m fe in v e r t e ilt e E r u p tio n s p r o d u k t e , d e re n N a t u r je d o c h n ic h t n ä h e r b e k a n n t i s t (A s c h e ? ).
S te r n s ch n u p p e n e rsch e in e n im M itte l b e i 120 k m H ö h e , g e le g e n t lic h a u c h b is 17 0 k m , u n d v e r s c h w in d e n ru n d 40 k m tie fe r . S ie b e s te h e n a u s E is e n o d e r S te in u n d sin d o f t n ic h t g r ö ß e r a ls e in e E r b s e . I n fo lg e ih re r g r o ß e n G e s c h w in d ig k e it (im M it t e l 40 km /sec) d r ü c k e n sie d ie L u f t a n ih re r V o r d e r s e it e z u s a m m e n ; d ie E r w ä r m u n g , d ie m it
N w . 1928 22
3 0 2 Ba r t e l s: D ie höchsten A tm osphärensch ich ten . r Die N a tu r- [w issenschaften
d ie s e r K o m p r e s s io n v e r b u n d e n is t, is t so s t a r k , d a ß d ie S te r n s c h n u p p e v ö lli g v e r d a m p ft . Do b s o n
u n d Li n d e m a n n (3) h a b e n v e r s u c h t , a u s d e n b e o b a c h t e t e n D a t e n a u f d ie L u f t d i c h t e lä n g s d e r B a h n zu s c h lie ß e n ; d a n a c h s o ll d ie L u f t t e m p e r a t u r o b e r h a lb 50 k m a u f 3 0 0 0 a b s . s t e ig e n . O b w o h l d ie s e F o lg e r u n g d u r c h a n d e r s g e a r t e te B e o b a c h t u n g e n g e s t ü t z t w ir d (s. N r . 5), is t d ie S c h lu ß w e is e s e lb s t v o n Sp a r r o w a n g e z w e ife lt w o rd e n , u n d t a t s ä c h lic h sc h e in e n d ie th e o r e tis c h e n G r u n d la g e n n o c h zu u n s ic h e r zu sein (4).
D ie T r i f t v o n M e te o rs c h w e ife n lä ß t e rk e n n e n , d a ß d ie W in d r ic h t u n g a u c h in d ie sen h o h e n S c h ic h t e n sich z e it lic h u n d ö r t lic h ä n d e r t. Z w is c h e n 30 — 80 k m H ö h e h e r rsc h e n a u f d e r N o r d h a lb k u g e l W in d e a u s O s te n , d a r ü b e r W e s tw in d e v o r (5).
D a s P o la r lich t g e h t n a c h d e n p h o t o g r a m m e t r i
sc h en M e ssu n g e n d e r N o r w e g e r (6) n ie m a ls u n t e r 7 7 k m h e r a b . D ie a n fa n g s (19 13 ) g e m e sse n e n M a x im a lh ö h e n v o n 300 k m , d ie in e in e Z e it g e rin g e r S o n n e n t ä t ig k e it fie le n , w u r d e n b e i b e s o n d e rs s t a r k e n m a g n e tis c h e n S tö r u n g e n d e s J a h r e s 192 0 ü b e r tr o ffe n v o n S tr a h le n , d ie b is ü b e r 1000 k m h in a u fr e ic h te n . U n z w e ife lh a ft is t d a s P o la r lic h t, im S in n e d e r T h e o r ie v o n B i r k e l a n d u n d ST0RMER, a ls e in L e u c h t e n d e r a tm o s p h ä r is c h e n G a s e a n z u seh en , d a s d u r c h e in e C o r p u s c u la r s t r a h lu n g v o n d e r S o n n e h e r a n g e r e g t w ir d . V ie le E in z e lh e it e n w e r d e n d u r c h d ie s e V o r s t e llu n g e r k lä r t , z. B . d e r Z u s a m m e n h a n g m it e r d m a g n e tis c h e n S tö r u n g e n , d a s Z u s a m m e n fa lle n d e r N o r d lic h t s t r a h le n m it d e n K r a f t lin ie n d e s e r d m a g n e tis c h e n F e ld e s , d ie r i n g fö r m ig e n Z o n e n g r ö ß te r H ä u f i g k e i t u m d ie b e id e n m a g n e tis c h e n P o le . N o c h u n g e lö s t is t d a g e g e n z. B . d ie F r a g e , w ie d ie T e ilc h e n in e t w a 36 S tu n d e n v o n d e r S o n n e z u r E r d e g e la n g e n , o h n e d a ß sich d e r S c h w a r m u n t e r w e g s d u r c h e le k t r o s t a t is c h e A b s t o ß u n g z e r s tr e u t. — E s is t k a u m a n z u n e h m e n , d a ß d ie A t m o s p h ä r e n o r m a le r w e is e ü b e r 500 k m H ö h e n o c h so d ic h t is t, d a ß sie e t w a e b e n s o s t a r k le u c h te n k ö n n te w ie in 100 k m H ö h e . S o la n g e m a n n u r b e a c h t e t , d a ß d ie h ö c h s te n H ö h e n g e r a d e b e i s t a r k e n S tö r u n g e n e r r e ic h t w e rd e n , lie g t d e r G e d a n k e n a h e , d a ß d ie v o r ü b e r g e h e n d e A u f lo c k e r u n g d e r L u f t d u r c h e le k t r o s ta tis c h e A b s t o ß u n g b e w ir k t w ir d , w ie b e i d e r A u s d e h n u n g e in e r g e la d e n e n S e ife n b la s e . Q u a n t i t a t i v s c h e in t a b e r d ie A u f la d u n g n ic h t a u s z u r e ic h e n ; a u c h e r k lä r t sie n ic h t d ie ST0RM ERsche F e s t s t e llu n g (7), d a ß d ie h ö c h s te n S tr a h le n d u r c h w e g in s o lc h e n T e ile n d e r A tm o s - s p h ä r e a u ftr e t e n , d ie n o c h v o m d ir e k t e n S o n n e n lic h t g e tr o ffe n w e rd e n .
Ü b e r d a s S p e k tr u m des P o la rlich ts, d e sse n K e n n t n is v o r a lle m L . Ve g a r d (8 ) z u v e r d a n k e n is t, h a t W . Gr o t r i a n (9) k ü r z lic h h ie r b e r ic h t e t . L a n g e Z e it w a r e n n u r d ie B a n d e n d e s e in fa c h io n is ie r te n S t ic k s t o ff m o le k ü ls e in w a n d fr e i f e s t g e s t e llt . D a g e g e n is t es e r s t n a c h la n g e r A r b e i t g e lu n g e n , d ie s t a r k e g r ü n e L in ie 5 5 7 7 e in e m E le m e n t z u z u o r d n e n . E in ig e W o r t e ü b e r d ie b e m e r k e n s w e r t e E n t d e c k u n g s g e s c h ic h t e : E . W i e c h e r t (i o) b e o b a c h t e t e 19 0 1 d ie g r ü n e L in ie im S p e k t r u m d es
N a c h th im m e ls in G ö tt in g e n a u c h a n m a g n e tis c h r u h ig e n , p o la r lic h tfr e ie n T a g e n . L o r d R a y - l e i g h (1 1 ) k o n n te d ie g rü n e L i n ie — n ic h t a b e r d ie S t ic k s to ffb a n d e n , d ie n u r b e i w ir k lic h e m N o r d lic h t a u f t r e t e n — in je 2 v o n d rei N ä c h t e n in E n g la n d p h o to g r a p h ie r e n . I h r e I n t e n s i t ä t ä n d e r t sich a u ß e r h a lb d e r P o la r lic h tz o n e w e n ig m it d e r g e o g r a p h is c h e n B r e it e . D ie L in ie is t so sc h a rf, u n d sie w ir d v o n d e m L i c h t d e s M o n d e s u n d d e r S te rn e so w e n ig v e r d e c k t , d a ß H . B a b c o c k (12) ih re W e lle n lä n g e e in fa c h d a d u r c h b e s tim m e n k o n n te , d a ß er e in e g e w ö h n lic h e K a m e r a d u r c h e in P e r o t - F a b r y - s c h e s I n t e r fe r o m e te r h in d u r c h a u f d e n N a c h t h im m e l r ic h t e t e . E r m a ß d ie I n t e r fe r e n z r in g e au s u n d fa n d d ie W e lle n lä n g e 5 5 7 7 • 3 5 0 r t 0,005 -Ä;
L in ie n b r e it e 0,035 Ä . G e g e n ü b e r d e n so n s tig e n M e s su n g e n d e s N o r d lic h ts p e k t r u m s , b e i d e n e n w e g e n d e r L i c h t s c h w ä c h e n u r g e rin g e D is p e r s io n a n g e w e n d e t w e r d e n k a n n , b e d e u t e te d ie se in t e r - fe r o m e tr is c h e M e s s u n g e in e e rh e b lic h e V e r s c h ä r fu n g . M c L e n n a n (13) u n d se in e M ita r b e ite r , e b e n s o G . C a r i o (14) k o n n te n s c h lie ß lic h d ie se L in ie im L a b o r a t o r iu m in r e in e m S a u e r s t o ff e r z e u g e n . D a m it s in d in d e n h ö c h s te n S c h ic h te n d ie s e lb e n G a s e , S a u e r s to ff u n d S t ic k s t o ff , n a c h g e w ie se n , d ie a u c h a m B o d e n d ie H a u p t b e s t a n d t e ile d e r L u f t b ild e n . E s b le ib t n o c h z. B . d ie F r a g e , w e s h a lb o b e n d ie A n r e g u n g s b e d in g u n g e n g e ra d e fü r d ie L i n ie 5 5 7 7 so g ü n s t ig sin d , u n d w e s h a lb d ie se m it u n t e r v o n e in e r t ie f r o t e n L i n ie (6322 Ä j ü b e r s t r a h lt w ir d . I n d e n v o n S T0RMER b e o b a c h t e t e n e x t r e m h o h e n N o r d lic h t s t r a h le n t r a t 5 5 7 7 g e g e n b la u e u n d v io le t t e L i n ie n z u r ü c k .
4. O zon. S o n n e n - u n d S te r n s p e k t r e n e n d ig e n im U l t r a v i o l e t t b e i e t w a 2900 Ä . D ie H A R T L E Y S c h e V e r m u t u n g , d a ß d ie k ü r z e r e n W e lle n d u rc h a tm o s p h ä r is c h e s O z o n a b s o r b ie r t w e r d e n , is t d u r c h V e r g le ic h d e r c h a r a k t e r is t is c h e n A b s o r p t io n s b a n d e n im u lt r a v io le t t e n S o n n e n s p e k tr u m m it d e n e n d e s O z o n s b e s t ä t i g t . A u ß e r h a lb d e r E r d a tm o s p h ä r e w ir d d ie I n t e n s i t ä t d e s S o n n e n s p e k tr u m s , e b e n s o w ie im S ic h t b a r e n u n d U l t r a r o te n , a u c h im U l t r a v i o l e t t ä h n lic h v e r t e i l t sein w ie b e i e in e m s c h w a r z e n K ö r p e r v o n 6000 °. D a ß d ie A b s o r p t io n d u r c h d ie E r d a t m o s p h ä r e b e w ir k t w ir d , e r k e n n t m a n d a r a n , d a ß ih re S t ä r k e v o n d e r S o n n e n h ö h e a b h ä n g t .
I n B o d e n n ä h e is t zu w e n ig O zo n v o r h a n d e n , u m d ie A b s o r p t io n z u e rk lä re n . Ü b e r z e u g e n d e r a ls d u r c h c h e m is c h e A n a ly s e n b e w ie s L o r d Ra y- l e i g h (15) d ie T r a n s p a r e n z d e r u n t e r e n A t m o s p h ä re f ü r u lt r a v io le t t e s L i c h t , in d e m e r n a c h t s d a s S p e k t r u m e in e r Q u a r z q u e c k s ilb e r la m p e a u f n a h m , d ie in 6,6 k m E n t f e r n u n g a u f g e s t e llt w a r ; e r k o n n t e n o c h d ie L in ie 2 5 3 6 Ä p h o to g r a p h ie r e n . A u f d e m P i k v o n T e n e r if f a e n d e t d a g e g e n d a s S p e k t r u m d es S o n n e n lic h te s , n a c h d e m es e in e n ä q u iv a le n t e n L u f t w e g v o n n u r 5 ,9 k m d u r c h la u fe n h a t , a u c h b e i n o c h so la n g e r E x p o s it io n b e i 2922 Ä .
N a c h d e m im L a b o r a t o r iu m d ie A b s o r p tio n s k o e ffiz ie n te n r e in e n O z o n s a ls F u n k t io n d e r W e lle n lä n g e g e m e ss e n w a r e n , k o n n te n Fa b r y u n d
Ba r t e l s: D ie höchsten A tm osp h ären sch ich ten . 303 H e ft 18. ]
4. 5- 1928J
Bu i s s o n (16), sp ä te r Do b s o n (17) u n d sein e M it a r b e it e r d ie M enge d e s O z o n s in d e r h ö h e re n A tm o s p h ä r e b e stim m e n d u r c h P h o t o m e t r ie v o n S p e k tro g r a m m e n d es S o n n e n lic h te s , d ie b e i v e r sc h ie d e n e r S on n e n h ö h e , a ls o v e r s c h ie d e n e m L u f t w e g d er S tra h lu n g a u f g e n o m m e n w e r d e n . G e w ö h n lic h w ird d ie M e n g e a u s g e d r ü c k t a ls D ic k e x e in e r ä q u iv a le n te n S c h ic h t re in e n O z o n s u n t e r n o rm a le n V e rh ä ltn is s e n (760 m m D r u c k , o ° C ) ; d ie s e A u s d ru c k sw e is e e n t s p r ic h t e t w a d e m B e g r iff d e r 8 k m h o h en „ h o m o g e n e n A t m o s p h ä r e “ , d ie ü b e r a ll gleich e T e m p e r a t u r u n d D ic h t e w ie a m B o d e n h ä tte . D e r M it t e lw e r t v o n ru n d x — 3 m m e n ts p r ic h t e in e m P a r t i a l d r u c k v o n 0,0005 m m Q u ec k silb e r, o d e r i o 19 M o le k ü le n O z o n ü b e r d e m C )u a d ra tz e n tim e te r d e r E r d o b e r flä c h e . O b w o h l a lso das O z o n d e m V o lu m e n n a c h n u r im V e r h ä ltn is 1 : 30 0 0 0 0 0 in d e r A tm o s p h ä r e e n t h a lte n ist, h e b t Do b s o n m it R e c h t d ie b io lo g is c h e B e d e u tu n g d ie s e s B e s t a n d t e ile s h e r v o r , d e r z. B . u n se re H a u t g e r a d e v o r d e n p h y s io lo g is c h w ir k s a m e n , k u r z w e llig e n S t r a h le n s c h ü t z t , d ie in k u r z e r Z e it s c h w e r e n S o n n e n b r a n d e r z e u g e n w ü rd e n .
D e r O z o n g e h a lt i s t v e r ä n d e r lic h . S o w a r ü b e r E n g l a n d z. B . 19 2 5 a m 28. F e b r u a r x — 3 ,70 m m , a m 7. M ä r z n u r 2,45 m m . D e r jä h r lic h e G a n g is t in E n g la n d u n d N o r d a m e r ik a a u s g e p r ä g t, d a s M a x im u m im F r ü h ja h r v e r h ä lt sic h z u m M in im u m im H e r b s t w ie 4 : 3 . E in Z u s a m m e n h a n g m it d e r e rd m a g n e tis c h e n A k t i v i t ä t is t s c h w a c h a n g e d e u te t. A u s ä lt e r e n s p e k tr a le n M e s su n g e n des S o n n e n lic h te s b e i 6000 Ä , w o O z o n e b e n fa lls m e r k lic h a b s o r b ie r t, e r g a b s ic h d e rs e lb e M it t e lw e r t x = 3 m m , fe r n e r e in e m e r k lic h e Z u n a h m e (3 0 % ) in d e n S o n n e n fle c k e n m a x im a lja h r e n 190 8 u n d 19 x 8 (18). M e r k w ü r d ig e r w e is e is t d e r O z o n w e r t e n g m it d e r W e t t e r la g e v e r b u n d e n : H o h e O z o n w e r t e tr e t e n b e i z y k lo n a le m , n ie d rig e b e i a n t i- z y k lo n a le m W e t t e r a u f ( K o r r e la t i o n s f a k t o r m it d e m D r u c k a m B o d e n r = — 0,46, m it d e m D r u c k in 9 k m H ö h e — 0 ,72 ).
D ie H ö h e n la g e d e s O z o n s k a n n m a n d u r c h B e o b a c h t u n g e n b e i t i e f s t e h e n d e r S o n n e fin d e n . A u s g e o m e t r is c h e n G r ü n d e n ( K u g e lg e s t a lt d e r E rd e) i s t n ä m lic h d e r W e g d e s L i c h t e s m o r g e n s u nd a b e n d s, b e i g le ic h e r S c h ic h t d ic k e u n d g le ic h e r S o n n en h ö h e, u m so k ü r z e r , je h ö h e r d ie S c h ic h t in d er A tm o s p h ä r e lie g t . D a b e i t ie f s t e h e n d e r S o n n e D u n s t u n d S t a u b d ie d ir e k t e B e o b a c h t u n g fä ls c h e n , m essen Ca b a n n e s u n d Du f a y (18) B a n d e n z w i sc h en 3050 b is 3400 Ä in d e m S o n n e n lic h t, d a s d ie O z o n sc h ic h t d u r c h s e tz t h a t u n d in d e r u n t e r e n A tm o s p h ä re g e s t r e u t is t. S ie fin d e n d ie H ö h e 45 — 5° k m ; dieser b e r e c h n e te W e r t w ü r d e zu h o c h se in , w e n n die h y p o t h e t is c h e A n n a h m e fa ls c h w ä re , d a ß d ie O zo n m en g e sich b e i s in k e n d e r S o n n e n ic h t w e s e n tlic h v e r m in d e r t. D e r e n g e Z u s a m m e n h a n g d e r O z o n m e n g e m it d e r W e t t e r la g e w ü r d e ü b rig e n s d a r a u f d e u te n , d a ß d ie u n t e r e G r e n z e ta ts ä c h lic h t ie f e r lie g t. D e n E in w a n d Ho e l- p e r s (19), d a ß d ie m e te o ro lo g is ch e n E in flü s s e a u f d e n O z o n g e h a lt d u r c h S ta u b - u n d D u n s t a b s o r p t io n
v o r g e t ä u s c h t w ä re n , h ä l t Do b s o n n ic h t fü r b e r e c h t ig t . G e g e n w ä r t ig i s t ein N e t z v o n B e o b a c h tu n g s s ta tio n e n in v e r s c h ie d e n e n E r d t e ile n e in g e r ic h t e t .
5. S ch a lla u sb r e itu n g . E in G as, d a s n u r im U l t r a v i o l e t t a b s o r b ie r t, m ü ß te u n t e r d e r W ir k u n g d e r S o n n e n - u n d d e r E r d s tr a h lu n g e in e h o h e T e m p e r a t u r im S tr a h lu n g s g le ic h g e w ic h t a n n e h m e n . D a O z o n je d o c h a u c h im S ic h t b a r e n u n d U lt r a r o t e n (b ei 9 ,5 ^ ) a b s o r b ie r t, k a n n m a n a u s se in e r s t a r k e n U lt r a v io le t t a b s o r p t io n n o c h n ic h t a u f ein e h o h e T e m p e r a t u r in d e r h ö h e re n A t m o s p h ä r e s c h lie ß e n (2 1). E r s t d ie a n o m a le n L a u fz e it e n d es S c h a lls b e i S p r e n g u n g e n z w in g e n d a z u , o b e r h a lb 30 — 40 k m H ö h e e b e n s o g r o ß e S c h a llg e s c h w in d ig k e it v w ie a m B o d e n a n z u n e h m e n . N u n is t v2 im w e s e n tlic h e n p r o p o r t io n a l T /m (T a b s. T e m p e r a t u r , m M o le k u la r g e w ic h t d e s G a s e s ). D a es n ic h t m ö g lic h is t, d a ß in 40 k m H ö h e s c h o n d a s m it t le r e M o le k u la r g e w ic h t m d e r L u f t d u r c h h ö h e re n G e h a l t a n le ic h te n G a s e n (W a ss e r sto ff, H e liu m ) m e r k lic h e r n ie d r ig t is t, k a n n d o r t a lso n ic h t m e h r d ie n ie d rig e T e m p e r a t u r (— 5 5 ° C) d e r u n te r e n S t r a t o s p h ä re h e r r s c h e n , so n d e rn e tw a + 3 0 ° C , v i e l le ic h t a n s te ig e n d v o n o 0 C in 40 k m a u f -f- 4 0 0 C in 60 k m H ö h e (20).
6. D r u c k u n d Z u sa m m en se tzu n g . N a c h d e m D A L T O N s c h e n G e s e t z w ü r d e in e in e r ru h e n d e n A t m o s p h ä r e , u n t e r d e r W ir k u n g d e r S c h w e r k r a ft , d e r p r o z e n t u a le A n t e il d e r G a s e n ie d rig e n M o le k u la r g e w ic h t e s m it d e r H ö h e ü b e r d e m E r d b o d e n w a c h s e n . D a s le ic h t e s t e G a s w ü r d e in g e n ü g e n d g r o ß e r H ö h e p r a k t is c h a lle in v o r h a n d e n se in , w ie k le in a u c h se in A n t e i l a m G a s g e m is c h in B o d e n n ä h e w ä r e . I n d e r T r o p o s p h ä r e i s t d ie v e r t ik a le D u r c h m is c h u n g so s t a r k , d a ß d e r seh r la n g s a m e V o r g a n g d e r D iffu s io n k e in e n U n te r s c h ie d z w is ch e n d e r L u f t z u s a m m e n s e t z u n g o b e n u n d u n te n e r z e u g e n k a n n . B i s a u f d e n G e h a lt a n W a s s e r d a m p f u n d K o h le n s ä u r e , d e r v o n K o n d e n s a t io n u n d v o n V o r g ä n g e n in B o d e n n ä h e a b h ä n g t , h a b e n L u f t p ro b e n b e i B a llo n f a h r t e n a u c h k e in e n e n n e n s w e rte Ä n d e r u n g d e r Z u s a m m e n s e tz u n g m it d e r H ö h e e rg e b e n . K o n v e k t i o n b e w ir k t v e r t ik a le T e m p e r a t u r a b n a h m e . W e il n u n in d e r S tr a to s p h ä r e d ie T e m p e r a t u r e h e r n a c h o b e n z u n im m t, h e r r s c h t e b is v o r w e n ig e n J a h r e n d ie A n s ic h t , d a ß s ic h d o r t d ie L u f t d u r c h D iffu s io n e n t m is c h e n k ö n n t e . F ig . 1 v e r a n s c h a u lic h t in d e n a u s g e z o g e n e n L in ie n , w ie b e i v o lls t ä n d ig e r L u f t r u h e , a lso u n g e s tö r te r D iffu s io n , d ie P a r t ia ld r u c k e m it d e r H ö h e a b n ä h m e n , w e n n m a n v o n d e r b e k a n n te n Z u s a m m e n s e t z u n g in 12 k m H ö h e a u s g e h t u n d d u r c h w e g
— 5 4 0 C a n n im m t . D e r (n ic h t e in g e tr a g e n e ) G e s a m t d r u c k w ü r d e z u n ä c h s t e tw a d e m P a r t ia ld r u c k d e s S t ic k s t o f f s fo lg e n , d a n n , o b e r h a lb 120 k m , m it d e m d e s H e liu m s la n g s a m e r a b n e h m e n . W ä r e a u c h W a s s e r s t o ff v o r h a n d e n , so m ü ß te s c h lie ß lic h d ie s e s G a s v o r h e r r s c h e n .
Ch a p m a n u n d Mi l n e (22) h a b e n g e z e ig t, d a ß es fü r d ie V o r g ä n g e u n t e r h a lb 100 k m z ie m lic h g le ic h g ü ltig is t, o b le ic h te G a s e v o r h a n d e n sin d ,
22*
3°4 Ba r t e l s: D ie höchsten A tm osphärenschichten .
[D ie N a tu r
w issenschaften
u n d w o d ie u n te r e G r e n z e d e s D iffu s io n s z u s ta n d e s l ie g t ; ü b e r 100 k m h in a u s e n t s c h e id e n a b e r b e id e T a t s a c h e n ü b e r D r u c k u n d Z u s a m m e n s e tz u n g . I n 400 k m H ö h e w ü r d e n im K u b ik z e n t im e t e r L u f t n o c h 4 ■ i o 9 H e liu m a t o m e v o r h a n d e n sein , d a g e g e n s e lb s t im L i t e r w e n ig e r a ls 1 M o le k ü l d e r a n d e r e n G a s e .
D a s N o r d lic h t s p e k t r u m z e ig t im G e g e n s a tz zu d ie s e r ä lte r e n A u ffa s s u n g , d a ß a u c h o b e r h a lb 100 k m d ie A t m o s p h ä r e a u s S t ic k s t o f f u n d S a u e r s t o f f b e s te h t. D ie s t a r k g e s t r ic h e lte K u r v e in F ig . 1 v e r a n s c h a u lic h t d ie (z ie m lich w illk ü rlic h e )
ZSOr
-11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -V -3 -2 -1 0 1 2 3 I°9i0 Vmm Hg >
Fig. 1. A b h ä n g ig k eit des D ru ck es v o n der H öhe.
A bszisse = d ekadisch e L o g a rith m en des in m m Q u eck silber angegeb en en D ru ckes.
A n n a h m e (die a u c h d e r fo lg e n d e n T a b e lle z u g r u n d e lie g t) , d a ß d ie L u f t v ö lli g d u r c h g e m is c h t is t, u n d d a ß d ie T e m p e r a t u r o b e r h a lb 35 k m a u f 3 0 0 0 a b s.
a n s t e ig t , e n t s p r e c h e n d d e n S c h a llb e o b a c h t u n g e n . G e g e n ü b e r d e n a lt e n A n n a h m e n e rh ö h e n s ic h D r u c k u n d D ic h t e in 90 k m e t w a a u f d a s Z e h n fa c h e . D ie F o lg e r u n g e n a jis a n d e r e n A n n a h m e n e r h ä lt m a n le ic h t (v o m B o d e n w e r t a u s g e h e n d ) d u r c h K o n s t r u k t io n a n a lo g e r K u r v e n , d ie in je d e r H ö h e d ie je n ig e D r u c k a b n a h m e a u fw e is e n , d ie d e r T e m p e r a t u r u n d Z u s a m m e n s e tz u n g e n t s p r ic h t.
H öhe ( k m ) ... o 50 D ru ck (mm H g ) ... 760 x M ittl. freie W eg län g e (cm) . 9 • i o ~ 6 7 • i o - Z ah l d er M oleküle pro cm 3 2,7 • i o 19 3,5 • i o 1 D ie k in e m a t is c h e Z ä h ig k e it d e r L u f t i s t u m g e k e h r t p r o p o r tio n a l d e r D ic h t e ; o b e n is t d ie L u f t a lso se h r ,,s t e if “ .
7. E r d m a g n etisch e A u fs c h lü s s e . B e k a n n t lic h b r e it e n sich d ie e le k t r is c h e n W e lle n d e r d r a h tlo s e n T e le g r a p h ie n ic h t g r a d lin ig in d e n R a u m h in a u s a u s, so n d e rn fo lg e n d e r K r ü m m u n g d e r E r d o b e r flä c h e . He a v i s i d e (1902) u n d Ke n e l l y g r ü n d e te n d a r a u f d ie H y p o t h e s e e in e r h o h e n le ite n d e n A tm o s p h ä r e n sc h ic h t. M a n v e r g i ß t d a b e i o ft , d a ß s c h o n w e s e n t lic h fr ü h e r Ba l f o u r St e w a r t (1882) u n d A . Sc h u s t e r (1886) d ie N o t w e n d ig k e it e in e r so lc h e n S c h ic h t a u s d e n ta g e s p e r io d is c h e n V a r ia t io n e n d e s e r d m a g n e tis c h e n F e ld e s e rs c h lo s se n h a b e n . D ie s e tä g lic h e n G ä n g e , d e re n A m p lit u d e e t w a 1/1000 d es
p e r m a n e n te n m a g n e tis c h e n F e ld e s (also 0,0005 C . G . S.) b e t r ä g t , w e c h se ln n a c h d e n B e o b a c h t u n g e n d e r O b s e r v a t o r ie n in z ie m lic h u n ü b e r s ic h t lic h e r W e is e m it d e m O r t u n d d e r J a h r e s z e it. D ie t ä g lic h e V e r ä n d e r u n g d e s K r a f t v e k t o r s is t a m T a g e s t ä r k e r a ls n a c h t s , im S o m m e r s t ä r k e r a ls im W i n t e r ; fe r n e r i s t e in e e lfjä h r ig e P e r io d iz it ä t in d e m C h a r a k t e r d e r tä g lic h e n S c h w a n k u n g e r k e n n b a r, d ie d e r S o n n e n fle c k e n p e r io d e p a r a lle l g e h t. W ä h r e n d d a s p e r m a n e n te F e ld se in e n Sit-z f a s t g a n z im fe s te n E r d k ö r p e r h a t , s t a m m t d e r H a u p t t e i l d es ta g e s p e rio d is c h e n F e ld e s a u s U r s a c h e n , d ie ü b e r d er E r d o b e r flä c h e lie g e n . E s h a n d e lt s ic h u m e le k t r is c h e S tr o m s y s te m e in d e r h ö h e r e n A t m o s p h ä r e , d ie m a n re in fo r m a l a u s d e n m a g n e t is c h e n V a r ia t io n e n b e re c h n e n k a n n ( F ig . 2 — 3). C h a r a k t e r is t is c h is t d e r k r ä ft ig e S tr o m w ir b e l v o n e t w a 100 000 A m p . S t ä r k e a u f d e r T a g s e it e d e r S o m m e r h a lb k u g e l;
n a c h t s sin d d ie S tr ö m e s c h w a c h .
D ie E r k lä r u n g d ie s e s S tr o m s y s t e m s b e r u h t a u f d e r b e k a n n te n T a t s a c h e , d a ß in e in e m e le k t r is c h e n L e it e r , d e r s ic h r e l a t i v z u m K r a f t f e l d e in e s M a g n e t e n b e w e g t , e in S tr o m in d u z ie r t w ir d . E in e n s o lc h e n L e it e r so lle n d ie h ö c h s te n S c h ic h te n d e r A t m o s p h ä r e d a r s te lle n . S ie w e r d e n b e w e g t d u r c h d ie v o r w ie g e n d h o r iz o n t a le n S c h w in g u n g e n , d ie m it d e n ta g e s p e r io d is c h e n S c h w a n k u n g e n d e s L u f t d r u c k s Z u sa m m e n h ä n g e n (23). D a d ie s e r V o r g a n g ä h n lic h d e r S t r o m e r z e u g u n g in D y n a m o m a s c h in e n is t, s p r ic h t m a n v e r g le ic h s w e is e v o m „ a t m o s p h ä r is c h e n D y n a m o “ : D a s p e r m a n e n te M a g n e t fe ld d e r E r d e e n t s p r ic h t d e m d e r fe s ts te h e n d e n M a g n e te , d ie A tm o s p h ä r e m it ih r e n ta g e s p e r io d i
sc h e n B e w e g u n g e n d u r c h E r w ä r m u n g u n d A b k ü h lu n g so w ie E b b e u n d F l u t i s t d e r „ A n k e r “ , u n d d ie h o h e n le ite n d e n S c h ic h te n s in d d ie
„ W i c k e lu n g e n “ , in d e n e n d ie S tr ö m e e r r e g t w e rd e n . E r s t S . Ch a p m a n (24) h a t d ie z ie m lic h v e r w ic k e lt e T h e o r ie z u e in e m g e w is s e n A b s c h lu ß g e b r a c h t . D ie S t r o m s t ä r k e h ä n g t (a n n ä h e rn d ) a b v o n d e m P r o d u k t o D u Z (o s p e z ifis c h e L e i t f ä h i g k e it , D D ic k e d e r S c h ic h t, u h o r iz o n t a le G e s c h w in -
90 i o - 2
°.7 3.5 • i o 1
130 1 0 - 4
70 3.5 • i o 1
250 IO -10 7 • i o 7 3,5 • i o 1
(500) (10 _22) (7 • i o 19) (3.5 • I O“ ' d ig k e it d e r L u f t , Z V e r t ik a lk o m p o n e n t e d e s p e r m a n e n te n M a g n e tfe ld e s ) . A m g le ic h e n O r t ä n d e r n s ic h a b e r im L a u fe d e s T a g e s s o w o h l o D w ie u.
E s w a r d e s h a lb e in g lü c k lic h e r G e d a n k e , n e b e n d e r s o la re n a u c h d ie m o n d e n tä g ig e S c h w a n k u n g h e r a n z u z ie h e n .
E l im in ie r t m a n n ä m lic h d ie s o n n e n tä g ig e S c h w a n k u n g a u s d e n e r d m a g n e tis c h e n V a r ia t io n e n u n d o r d n e t d en R e s t n a c h M o n d z e it , so e r g ib t sich im M it t e l ü b e r a lle M o n d p h a s e n e in e lu n a r e V a r ia t io n v o n a u ß e r o r d e n t lic h e in f a c h e m C h a r a k t e r , n ä m lic h e in e re in e 12 s t ü n d ig e S in u s w e lle , d e re n A m p lit u d e n o c h 1 0 m a l k le in e r i s t a ls d ie d e r s o la re n W e lle . D ie s e e in fa c h e F o r m d e r lu n a r e n W e lle w a r zu e r w a r te n . D e n n e in e r s e its k ö n n e n v o m M o n d n u r
H e ft 18. 1 4- 5. 1928J
Ba r t e l s: D ie höchsten A tm osp härensch ich ten . 305
G r a v ita tio n s w ir k u n g e n a u s g e h e n , so d a ß d ie L u f t b e w e g u n g den e in fa c h e n T y p u s d e r E b b e u n d F l u t h a b e n w ird , w ä h ren d b e i d e r S o n n e th e r m is c h e W i r k u n g e n ü b e rw ie g e n ; a n d e r e r s e its k a n n m a n a u c h a n n e h m e n , d a ß d ie t o t a le L e i t f ä h i g k e i t o D im M it t e l ü b er a lle M o n d p h a s e n a n je d e m O r t k o n s t a n t ist, w eil zu je d e r S o n n e n s t u n d e a lle S t e llu n g e n d e s M on d es g leich o f t im M o n a t s m it t e l V o rk o m m e n . G a n z and ers w ird je d o c h d a s B ild , w e n n m a n d ie e in z e ln e n M on d p h asen , a ls o N e u m o n d , 1. V i e r t e l u s w . g e tren n t h ä lt, so d a ß in je d e r G r u p p e je d e
Fig. 2. T ag - und N achtgleichen.
F ig. 3. N ordsom m er.
F ig . 2— 3. T agesp eriod isches S tro m syste m z u r Z e it eines Sonnenfleckenm inim um s. E rd k a rte n . D ie M eri
diane sind durch die O rtsz eit bezeich n et, 12 = M itta g . D argestellt sind L in ien gleicher W erte der S tro m fun ktion in A bständen v o n 10000 A m pere. E in h e it der angeschriebenen Zahlen 1 000 A m pere. D ie P fe ile geb en die Strom richtung an. D ie G esam tstro m stärk e des H auptw irbels am V o rm itta g b e trä g t zu r Z e it d er T a g - u nd N achtgleichen 62000, im S om m er 89000 A m p ere.
M o n d s tu n d e m it e in e r b e s tim m te n S o n n e n s t u n d e z u s a m m e n fä llt. D a n n z e ig t sich , d a ß w ä h r e n d d e s h e lle n T a g e s d ie V a r ia tio n e n w e s e n tlic h s t ä r k e r s in d a ls n a c h ts . D a m it is t ü b e r z e u g e n d n a c h g e w ie s e n , d a ß d ie to ta le L e it f ä h ig k e it t a t s ä c h lic h v o m S o n n e n s ta n d a b h ä n g t.
U n t e r B e r ü c k s ic h t ig u n g d e r S e lb s t in d u k t i o n e r g i b t s ic h fü r P u n k t e u n m itte lb a r u n t e r d e r S o n n e z u r Z e i t e in e s S o n n e n fle c k e n m a x im u m s o D — 3 • i o 4
O h m - 1 . E is e n v o n o ° C h a t d ie s p e z ifis c h e L e i t f ä h ig k e it i o 5 c m - 1 O h m - 1 . D ie g e s a m t e le ite n d e S c h ic h t in d e r A tm o s p h ä r e i s t a lso , in b e z u g a u f d ie S t r o m le it u n g , ä q u iv a le n t e in e r m e ta lle n e n K u g e ls c h a le , d e r e n D ic k e m it S o n n e n s t a n d , J a h r e s z e it u n d F l e c k e n t ä t i g k e i t in n e rh a lb d e r G r e n z e n 3 m m u n d 0,05 m m w e c h s e lt .
U m e in e n u n t e r e n G r e n z w e r t fü r d ie s p e z ifis c h e L e i t f ä h i g k e i t z u b e k o m m e n , w ir d D = 200 k m g e s e t z t . D a s g i b t fü r d ie T a g s e it e b e im S o n n e n fle c k e n m a x im u m o = i o - 3 c m “ 1 O h m - 1 . Z u m V e r g le ic h e in ig e m it t le r e lu ft e le k t r is c h e D a t e n : L e i t f ä h i g k e i t d e r L u f t a m B o d e n i o ~ 1 6 c m - 1 O h m - 1, D ic h t e d e s v o n o b e n n a c h u n t e n flie ß e n d e n lu ft e le k t r is c h e n V e r t ik a ls t r o m s i o - 1 6 A m p / c m 2 b e i d e m n o r m a le n P o t e n t ia l g e f ä lle v o n 1 V o lt/ c m . D ie L e i t f ä h i g k e i t d e r L u f t i s t o b e n a ls o b is zu 1 0 13m a l so g r o ß a ls u n t e n . Ä h n lic h b e r e c h n e t sich d ie S t r o m d ic h t e d e r h o r iz o n t a le n S tr ö m e in d e r H ö h e i o 5m a l so g r o ß a ls d ie d e r v e r t ik a le n a m B o d e n .
D ie T h e o r ie d e r m a g n e tis c h e n V a r ia t io n e n w ir d d a d u r c h v e r w ic k e lt , d a ß d ie w e c h s e ln d e n p r im ä r e n ä u ß e r e n S tr ö m e in n e r h a lb d e r E r d e e in s e k u n d ä r e s S t r o m s y s t e m e rz e u g e n , d a s s ic h e b e n fa lls in d en R e g is t r ie r u n g e n ä u ß e r t. Ü b r ig e n s e r g ib t s ic h d ie P h a s e d e r L u f t o s c illa t io n e n in d e r H ö h e u m g e k e h r t , a ls es d e n D r u c k w e lle n a m B o d e n e n t s p r ic h t . V i e l l e ic h t h ä n g t d a s d a m it z u s a m m e n , d a ß d ie u n t e r e A t m o s p h ä r e in R e s o n a n z m it d e n a n r e g e n d e n K r ä f t e n s c h w in g t (so lare h a lb t ä g ig e W e lle 60 fa c h , lu n a re 3 f a c h v e r s t ä r k t ) ; o b e n sin d a ls o d ie p e r io d i
sc h e n D r u c k g r a d ie n t e n u m g e k e h r t , u n d o b e r h a lb v o n U n s te t ig k e it s f lä c h e n w ä r e n e n t g e g e n g e s e t z t e B e w e g u n g e n m ö g lic h (in te r n e W e lle n ). S . Ch a p- m a n' d e n k t d a g e g e n a n s e lb s tä n d ig e t ä g lic h e T e m p e r a t u r s c h w a n k u n g e n u n d d a m it v e r b u n d e n e L u f t z ir k u la t io n in d e r le ite n d e n S c h ic h t , v e r u r s a c h t d u rc h d ie s t a r k e A b s o r p t io n d e s O z o n s.
' G a n z a n d e r e n C h a r a k t e r a ls d ie r e g e lm ä ß ig e n ta g e s p e r io d is c h e n S c h w a n k u n g e n h a b e n d ie h e f tig e n V a r ia t io n e n w ä h r e n d d e r e r d m a g n e tis c h e n S tü r m e . A u c h sie g e h e n s ic h e r lic h a u f S tr ö m e in d e r h ö h e re n A t m o s p h ä r e z u r ü c k , d e r e n T h e o r ie a b e r n o c h in d e n A n fä n g e n s t e c k t . Z w e ife llo s w e r d e n sie v o n d e r S o n n e h e r d u r c h c o r p u s c u la r e S t r a h lu n g a u s g e lö s t, d ie in d e n b e id e n P o l a r l i c h t zo n en d u r c h d a s m a g n e tis c h e E r d f e ld e in g e s o g e n w ir d . D a s m a n n ig fa lt ig e B i l d e r k l ä r t s ic h d u r c h u n g le ic h m ä ß ig e I n je k t io n d e r T e ilc h e n .
8. E le k tr is ch e W e lle n . D ie A u s b r e it u n g d e r la n g e n W e lle n d e r d r a h tlo s e n T e le g r a p h ie lie ß n o c h d ie D e u t u n g z u , d a ß d ie E n e r g ie v o r a lle m lä n g s d e r le ite n d e n E r d o b e r f lä c h e g e fü h r t w ü r d e . D ie T h e o r ie s a g t in d ie s e m F a lle v o ra u s , d a ß d ie R e i c h w e it e u m so g e r in g e r sein m ü ß te , je k ü r z e r d ie W e lle n lä n g e . D ie u n e r w a r t e t e n E r fo lg e m it k u r z e n W e lle n — z . B . d ie A u fz e ic h n u n g v o n 15 m - W e lle n , d ie d ie E r d e in je 0 ,1 3 7 5 se c 2 m a l v o lls t ä n d ig u m k r e is t h a t t e n ( K . W . Wa g n e r) — s in d d a h e r n u r m it d e r A n n a h m e e in e r a tm o s p h ä r is c h e n F ü h r u n g s s c h ic h t zu v e r s te h e n .
