^ * U W f / D I E ( t f t A t t e i
N ATU R W ISSEN SCH AFTEN »'
H E R A U S G E G E B E N V O N
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 IN F R E I B U R G I. B R . ORGAN D ER GESELLSCHAFT DEUTSCHER NATURFORSCHER UND ÄRZTE
U N D
ORGAN DER KAISER WILHELM-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER WISSENSCHAFTEN
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
HEFT 25 (S E IT E 5 4 1-5 6 4 ) 19. J U N I 19 2 5 DREIZEHNTER JAHRGANG I N H A L T :
D as N ordlicht und die höheren Atm osphären - schichten. ÄTon L . V
e g a r d, O s l o ... 541 Betrachtungen zum Flugzeugbau. Von O . M
a d e r,
Dessau. (Mit 7 F ig u r e n ) ... 550 J . S . C . Schweigger und sein Briefwechsel m it
Goethe. Von J
u l i u sS
c h i f f, Breslau . . . . 555 Z
u s c h r i f t e n u n d v o r l ä u f i g eM
i t t e i l u n g e n:
Zur Gittertheorie des Rutils. Von M . B
o r nund O . F. B
o l l n o w, G ö tt in g e n ...559
M
i t t e i l u n g e n a u s v e r s c h i e d e n e nG
e b i e t e n: W ie kann man die gesamte Blutmenge be
stimmen, die im lebenden Organismus kreist ? Die morphologische N atur der Ranken der Cucurbitaceen. Die Obdiplostemonie der Blüten.
Das Spektrum des Heliums im extremen U ltra
violett. Untermeerische Topographie. The Downtonian Fauna of Norway I. Anaspida . . 559 Adresse an Herrn Otto Schott zum fünfzigjährigen
Doktorjubiläum am 6. Februar 1925 . . . . 564
In klüfigem K a lk eingeschnit/enes
Flußbett
-Hygienisch einwandfrei--- * t “---Hygienisch verdächtig -
A b b .
192
. H y gien isch verschieden es V erhalten der Strecken eines unterirdischen W asserlaufsAus: Handbuch der Hydrologie
W esen, N ach w eis, Untersuchung und Gewinnung unterirdischer W asser:
Quellen, G rundw asser, unterirdische W asserläufe, Grundwasserfassungen
Von
E . Prinz
Zivilin gen ieur
Z w e i t e , e r g ä n z t e A u f l a g e
436 Seiten mit 334 Abbildungen — 1923 — Gebunden 18 Goldmark
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 u
"Der Postveririeb der „ Naturw issenschaften“ erfolgt von Leipzig a u s t
II D I E N A T U R W I S S E N S C H A F T E N . 1925. H eft 25.__________
19. Juni 192sDIE NAT U RW ISSEN SCHAFTEN
erscheinen in wöchentlichen Heften und können im In- und Auslande durch jede Sortimentsbuchhandlung, jede Postanstalt oder den Unterzeichneten Verlag be
zogen werden. Preis vierteljährlich für das In- und Ausland 7.50 Goldm ark (1 Gm. = 10/42 D ollar nord
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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
Di e R e k l a m e
des naschinenbaues
Vo n
G e o r ^ w . H a n f f s t f e n g e l
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an der T ech n isch en H ochschule Ch arlottenburg
150 Seiten mit zahlreichen, zum Teil farbigen A bbildungen 1923
G e b u n d e n 8 G oldm ark
A u s d e m V o r w o r t :
D as Buch w ill zeigen , w elch e B ed eu tu n g die bish er sehr stiefm ütterlich behandelte W erb etätigk eit für ein Unternehmen hat, w elch e Hilfsmittel für die K undenw erbung zur V erfü gu ng stehen, und w ie aus den hierfür au sgesetzten B eträgen der h öch ste N utzen g e zo g en w erden kann . . . Man gew öh ne sich daran, die R eklam e nicht als eine m ehr od er m inder lästige Zutat, als ein „n o tw en d iges Ü bel“ anzuseh en, sondern sie als ein neben der technischen und kaufm ännischen A rbeit gleich berech tigt d a steh en d es, unentbeh rliches Elem ent d es G esch äftsb etrieb es zu w ü rd igen . . . Ich hoffe a b e r, daß mein B uch über den K reis der M aschinenfabriken hinaus überall B each tu ng finden wird, w o man sich für W erbetätigkeit überh aupt interessiert, denn naturgem äß läßt sich das m eiste, w as hier gesag t ist, auf andere G esch äftszw eig e über
tragen. E s w äre mein b eso n d erer W u n sch , daß auch Stu d ierend e und jüngere Ingenieure und Tech niker, nam entlich so lch e mit schriftstellerischer und künstlerischer B egab u n g , durch das B uch an g eregt w ürden, in die W erb ew issen sch a ft einzudringen
und auf diesem neuen W e g e ihr Vorw ärtskom m en zu such en.
DIE NATURWISSENSCHAFTEN
Dreizehnter J a h r ga ng 19. Juni 1925 Hef t 25
D a s Nordlicht und die höheren A tm osphärenschichten.
V o n L . V
e g a r d, O slo.
I.
In der N o rd lich tfo rsc h u n g kan n m an z w e c k m ä ß ig zw ei G eb ie te u n tersch eid en .
In dem einen b e sc h ä ftig t m an sich m it der geo
grap h isch en und zeitlich en V e rte ilu n g der N o rd lic h th ä u fig k e it und m it den F o rm en und B e w egu ngen . D u rch p assen d e A n n ah m en ü b er die p rim äre U rsach e des N o rd lich ts su ch t m an diese E rsch ein u n gen und G e se tzm ä ß ig k eiten th eo retisch zu erklären.
In dem zw e ite n G eb ie te b e sc h ä ftig t m an sich h a u p tsä ch lich m it den p h y sik a lisch en V o rg än gen , w elch e sich w äh ren d des N o rd lich ts in den h öch sten A tm o sp h ä re n sch ich ten abspielen .
In den b eid en G eb ieten sind sch on seit lan ger Z e it U n tersu ch u n g en g em a ch t. E s is t d o ch erst seit dem E rsch ein en der A rb e ite n vo n B
i r k e l a n d, d a ß es gelu n gen ist, die E ig e n sch a ften des N o rd lich ts in B e zu g a u f F orm , B ew egu n gen , g e o g rap h i
sche und zeitlich e V e rte ilu n g u n ter einen e in h eit
lich en th eo retisch en G e sic h tsp u n k t zu brin gen , und erst d u rch die F o rsch u n g en der le tz te n Jah re sch ein t es gelu n gen zu sein, d ie p h y sik a lisch en P rozesse in der N o rd lich tre gio n klarzu legen .
D ie je tz ig e N o rd lich tth eo rie ge h t b e k a n n tlic h vo n der G ru n d a n n a h m e aus, d a ß die N o rd lich ter und die d a m it v e rw a n d te n m agn etisch en S tö ru n gen d u rch e lek trisch e S tra h len , w elch e d ire k t v o n d er Sonne kom m en , v e ru rsa c h t w erd en . D iese A n sch a u u n g s p ü rt m an sch on in A rb e ite n vo n D
o n a t i1872, und um d as J ah r 1880 h a t G
o l d
s t e i ndie G ed a n k en ausgesp roch en , d a ß m ö g lich er
w eise K a th o d en stra h len vo n der Sonne ausgehen u n d h ierd u rch — m ein t er — w äre eine M ö g lich k eit gegeben, den E in flu ß der Sonne a u f die erd m a g n e
tisch en E rsch ein u n gen zu erklären .
U n a b h ä n g ig v o n diesen ersten G ed a n k en h a t dan n B
i r k e l a n d1896 seine b e k a n n te H y p o th ese a u fg e ste llt, p rä zisie rt und w eiter v e rfo lg t.
A n die B irk ela n d sc h en A n sch a u u n g en k n ü p ft sich eine R eih e vo n A rb e ite n , u n ter denen in erster L in ie die au sged eh n ten U n tersu ch u n g en vo n S
t ö r m e rzu erw ähn en sind. E r h a t v o r a llem die B irk ela n d - sch e T h eorie einer w eitgeh en d en m a th em a tisch en B e h a n d lu n g u n terzo g en .
W ir k ö n n ten nun ersten s fragen, w as h a t die B irk ela n d sc h e T h eorie g e leistet?
1 . Z u erst h a t B
i r k e l a n dzeigen kön nen , d a ß d ie m agn etisch en S tö ru n g en und beson ders die polaren S tü rm e d u rch die kosm isch e S tra h lu n g s
h yp o th ese in ein fach er W eise zu erklären sind.
2. S o w o h l d ie E x p e r im e n t e v o n B i r k e l a n d a ls d ie m a t h e m a t is c h e n B e r e c h n u n g e n v o n S
t ö r m e r h a b e n g e z e ig t, d a ß d ie E x i s t e n z e in e r N o r d -
Nw. 1925.
lich tzo n e eine n o tw en d ig e F o lg e der B irk ela n d sc h en A n sch a u u n g ist. D ie ty p is c h e geo grap h isch e V e r teilu n g des N o rd lich ts ist d a m it w en igsten s q u a li
t a t iv th eoretisch erk lä rt. W ü rd e m an a b er m it der je tz ig e n T h eorie einen q u a n tita tiv e n V erg leich anstellen, so w ü rd e m an so fo rt gew issen S ch w ie rig keiten gegenü b ersteh en. D e r a n g u läre R a d iu s der N o rd lich tzo n e b e tr ä g t e tw a 20 °, und so llte d u rch die m agn etisch e A b le n k b a rk e it der kosm isch elektrisch en S tra h len ein d eu tig b e stim m t w erden . N a c h der m a th em a tisch en T h eorie vo n S
t ö r m e re rg ib t sich, d a ß die G rö ß e H
q— rt~ - e tw a 5 x i o 5 b e trag en m ü ß te, d a m it ein gen ü gend gro ß er R a d iu s der N o rd lich tzo n e en tsteh en kö n n te. D ie S trah len so llten also w en iger a b len k b a r als die « -S trah len v o n R a C sein.
W ie w ir sp ä ter sehen w erden , h ab en U n te r
su ch u n g en ü ber d ie S tru k tu r und L ic h tv e rte ilu n g des N o rd lich ts gezeigt, d a ß die S tra h len eine v ie l größere A b le n k b a rk e it b esitzen m üssen.
D e r M an gel an Ü b erein stim m u n g b rin g t d och n ich t die B irk ela n d sc h e H y p o th ese in G efah r, so n dern z e ig t nur, d a ß n ich t alle fü r die B a h n fo rm m a ß g eb en d e V erh ä ltn isse in der T h eorie m itgenom m en sind. S
t ö r m e rh a t die T h eorie e rw eitert und er z e ig t in der T a t, d a ß m an d u rch die A n n ah m e von p assen den au ß ererd isch en S tro m sy stem en auch m it sehr ab len k b a ren S tra h len einen ric h tig en W e rt fü r den R a d iu s der N o rd lich tzo n e erh a lten kan n.
D ie T a tsa c h e , d a ß N o rd lich ter a u ß e rh a lb der N o rd lich tzo n e a u ftrete n , zeig t, d a ß stören d e E in flüsse, die m an n ic h t in der je tz ig e n F o rm b e rü c k s ic h tig t h a t, vo rh a n d en sind. So w erd en z. B . die N o rd lich ter d u rch die g le ic h ze itig a u ftreten d en m agn etisch en S tö ru n gen a u f nied rige B reiten g e trieb en .
3. A u c h die zeitlich e n V erä n d eru n g en der N o rd lic h th ä u fig k e it w ird m an sich d u rch die B irk e la n d sche H y p o th ese v e rs tä n d lic h m ach en können.
D ie e lfjä h rig en , jäh rlich e n und m o n atlich en V a ria tio n en sind n u r F o lge n vo n der T atsa ch e , d a ß die Q uelle au f der Sonne s itzt, und d u rch die S o n n e n tä tig k e it b e ein flu ß t w ird .
D ie tä g lic h e V a ria tio n so llte th eo retisch d u rch die W eise in w elch er die S tra h len n ied ersch läg e in einem gegeben en A u g e n b lic k sich in der N o rd lich tzo n e ve rte ilen , b e stim m t sein. N u n zeigen die N o rd lic h ter ein au sg ep räg tes M a xim u m e tw a 1 S tu n d e v o r m a g n etisch er M ittern a ch t, und ein sch w ach es M a xim u m e tw a 4 U h r m orgens n ach m agn etisch er O rtsze it. D iese H ä u fig k e its v e rte ilu n g h a t m an th e o retisch n ich t herleiten k ö n n en ; m an b e g eg n e t doch au ch hier keinen p rin zip iellen
r.Q
542
Ve g a r d:D as N ordlichtspektrum und die höheren Atm osphärenschichten.
S ch w ie rigk eite n , d enn die B ah n b erech n u n g e n und die E x p e rim e n te zeigen, d a ß es w oh l m ö g lich ist, d a ß eine S tra h lu n g d ire k t vo n der Sonne d u rch die m a g n etisch e A b le n k u n g eine m a x im a le N ie d er
s c h la g s h ä u fig k e it a u f der N achtseite der E rd e geb en kan n .
4. D ie T h eorie g ib t uns au ch eine m öglich e E r k lä ru n g fü r die B ild u n g d ü n n er D rap erien .
D ie T h eorie der D rap e rieb ild u n g , w elch e zu erst vo n S
t ö r m e rgegeb en ist, g e h t v o n der A n n ah m e aus, d a ß die S tra h len q u elle, v o n der E rd e aus g e sehen, eine m erk lich e a n g u läre A u sd eh n u n g b e sitz t.
E in S tra h le n b ü n d e l m it u rsp rü n g lich k re is
fö rm ig em Q u ersch n itt w ird d u rch d as m a g n etisch e E rd fe ld so d efo rm iert, d a ß an der E rd o b e rflä c h e d er Q u ersch n itt seh r la n g g e s tre c k t w ird , und die L ä n g e ka n n — sagen w ir — tau se n d M al grö ß er w ie die B re ite sein. D iese la n g g e stre c k te n F o rm en fo rd ern jed o ch fü r ihre B ild u n g re c h t sp ezielle B e d in g u n g en , die n ic h t fü r je d e L a g e der Sonne e rfü llt sind. D ie D rap e rien ab er scheinen im m er a u ftre te n zu kön nen .
H ier steh en w ir w ied er einer S ch w ie rig k eit gegen ü b er, und a u ß erd em ka n n m an in dieser W eise n u r die k ü rzeren F o rm en erklären . D e r N o rd lic h t
b ogen z. B . — die h ä u fig ste v o n säm tlich en F orm en
— is t w ie der V erfa sser schon v o r m ehreren Jah ren k la rg e ste llt h a t, seh r sch w er d u rch die S törm ersch e T h eorie zu erklären .
D ie B o g en , w elch e sich ü b er den gan zen H im m el erstreck en u n d stu n d en la n g d au ern können, m üssen sich in einem b e stim m te n A u g e n b lic k ü b er einen re c h t gro ß en T e il der N o rd lich tzo n e erstrecken kön nen . N a c h der T h e o rie ab er so llte m an fü r eine b e stim m te S te llu n g d er Sonne n u r ein ige b e stim m te N ie d ersc h lag sp u n k te haben können.
W ie ich in frü h eren A rb e ite n e rw äh n t habe, lä ß t sich v ie lle ic h t die B o g e n b ild u n g d a d u rch e rk lären , d a ß die S tra h le n a u f d em W eg e v o n der Sonne — u n d i n d e r N ä h e d e r E r d e — per- tu rb ie re n d e E in flü sse erleiden.
D ies w ird u n g e fäh r so w irk en , als ob in der N äh e d er E rd e eine re c h t au sged eh n te S tra h lu n g sq u elle v o rh a n d e n w äre, und in dem F a lle w ird m an lan ge B o g e n b eko m m en können. D u rc h die P e rtu rb a - tio n en w erd en S tra h le n , die so n st w eiter in den W e ltra u m h erau sfliegen , in der U m g eb u n g der m a gn etisch en Ä q u a to ria leb e n e ein gefan gen und d a v o n kö n n en sie w eiter n ach den P o la rlich tzo n e n v e r te ilt w erd en .
5. A u c h ge w isse B ew eg u n g en d e sN o rd lich ts kan n m an sich d u rch die T h eo rie v e rs tä n d lic h m ach en.
V e rä n d e rt sich die S tra h lu n g sq u elle a u f der Sonne in B e z u g a u f S tä rk e und In te n s itä ts v e rte ilu n g über die O b erflä ch e, so w erd en sich diese Ä n d eru n g en als P u lsa tio n e n , W e llen b ew eg u n g e n und F o rm änd eru ngen m a n ifestieren kön nen . W e ite r w erden einige B e w e g u n g e n d u rch die E rd ro ta tio n zu stan d e kom m en kön nen . D o c h w ird m an au ch h ier die p ertu rb ieren d en E in flü sse h eran zieh en m üssen.
D ie b ew eglich sten N o rd lic h ter treten ja g ew ö h n lich
[ Die N atur
wissenschaften g le ic h ze itig m it den stark en m a g n etisch en S tö ru n gen au f, und die in B e zu g au f L ag e und S tä rk e sehr verä n d erlich en P e rtu rb a tio n ssy ste m e m üssen n o tw en d ig eine gro ß e B e w e g lic h k e it am N o rd lich t h erv o rru fen . W ie schon erw äh n t, m u ß d as A u f tre te n des N o rd lic h ts an n ied rigeren B r e ite n d u rch die W ir k u n g der m agn etisch en S tö ru n g en e rk lä rt w e rd e n .
Z u sa m m en fa ssen d kan n m an sagen, d a ß die je tz ig e T h eo rie w o h l die ty p isc h e n F o rm en und B e w egu n g en sow o h l als die räu m lich e und zeitlich e V e rte ilu n g des N o rd lich ts v e rstä n d lic h m a ch t. D ie T h eo rie ab er g e s ta tte t bis je t z t keinen q u a n ti
ta tiv e n V erg leich . D ies b rin g t d o ch n ic h t die R ic h tig k e it der B irk ela n d sc h en A n sch a u u n g ü b er die p rim ären U rsach en der E rsch ein u n gen in G efah r.
D er M an gel an Ü b erein stim m u n g en b e d e u te t nur, d a ß die m a th em a tisch e B e h a n d lu n g n ic h t alle a u f die S tra h len w irken d en K r ä fte in B e tr a c h t gezogen h at.
D ie T h eorie s e tz t v o rau s, d a ß die S tra h le n n u r der W irk u n g eines ze itlic h u n verä n d erlich en M agn etfeld es a u sg e se tzt sind. In der T a t m u ß m an hierzu n och die verä n d erlich en , teilw eise v o n den S tra h le n selb st herrü h ren d en, m a gn etisch en und ele k trisch en F eld e r b e rü ck sic h tig e n , und d a zu ist, w ie w ir seh en w erd en , n och ein m eh r oder w en iger perm an en tes e le k trisch es E rd fe ld vo rh an d en .
In d er w eiteren E n tw ic k lu n g der N o rd lic h t
th eorie m u ß m an d esh alb versu ch en , den E in flu ß dieser K r ä fte a u f die S tra h le n b e w e g u n g zu find en . B e i der L ö su n g dieser A u fg a b e n b e g eg n e t m an t e il
w eise a u ß e ro rd en tlich sch w ierigen m a th em a tisch en P ro b lem en , u n d es is t w oh l z w e ife lh a ft, ob m an ü b e rh a u p t so w eit kom m en w ird , d a ß m an eine N o rd lich tersch ein u n g gen au m a th em a tisch v e r fo lgen kan n.
W ir gehen d an n zu dem zw e ite n G e b ie t — die p h y sik a lisc h e N a tu r des L eu ch tp ro zesses — ü ber.
D ie p h y sik a lisch en E rsch ein u n gen , w elch e sich beim N o rd lic h t abspielen , h ä n gen vo n den fo lg en den V erh ä ltn issen a b :
1. D ie E ig e n sc h a ften der S tra h le n .
2. D ie K o n stitu tio n der höheren A tm o sp h ä re n sch ich ten .
3. D ie in der N o rd lich tre gio n h errsch en d en K r a ftfe ld e r.
D ie w ic h tig ste n b e o b a ch tb a re n E rsch ein u n gen sind die fo lg en d en :
1. D ie H ö h e des N o rd lich ts.
2. D ie S tru k tu r und R ic h tu n g d er N o rd lic h t
stra h len und die V erte ilu n g der L ic h tin te n s itä t den S tra h len e n tlan g .
3. D ie Z u sa m m en setzu n g oder d as S p e k tru m des e m ittie rte n L ic h te s und die V a ria tio n en , w e l
ch en d as S p e k tru m u n terw o rfen ist.
4. M öglich e e lek trisch e und m a gn etisch e W ir ku n g en , die m an an der E rd o b e rflä ch e b e o b a ch te n kan n .
Z u erst w ollen w ir einige B e m erk u n g e n ü ber die
B e stim m u n g der A r t der e le k trisch en S trah len
m achen.
H eft 25. ]
19- 6.
1935 JV
e g a r d: D as N ordlichtspektrum und die höheren Atm osphärenschichten. 543
Sow oh l d as Z eich en der L a d u n g als die m a g n e
tisch e A b le n k b a rk e it geh en in die B ah n b erech n u n g hinein, und k ö n n te m an die B ah n en , w elch e einem b estim m ten N o rd lic h t entsprech en , berechn en , so w aren d a m it sow o h l Z eich en als m agn etisch e A b len k b a rk eit b e stim m t. W ie w ir a b er gesehen h ab en , g e s ta tte t d ie T h eo rie n och n ic h t einen q u a n tita tiv e n V erg le ich .
O bw ohl m an n ic h t in dieser W eise die m a g n e tisch e A b le n k b a rk e it b estim m en kann, w äre es d och d en k b ar, d a ß m an gew isse E ig e n sch a ften a u f
such en k ö n n te, w elch e vo n dem Z eich en der L a d u n g ab h än gen . E in e solche E ig e n s c h a ft h a t m an in der B o g en rich tu n g.
N ach der T h eo rie so llte n äm lich der B o g en einen T eil ein er S p ira le b ild en, und d esh alb so llte der B o gen n ich t g a n z sen k rech t a u f d er d u rch die m agn etisch e A ch se g eleg ten E b e n e steh en . B e zeich n en w ir die m a gn etisch en A z im u t des w e s t
lichen B o gen en d es m it am, so so llte o m < 9 0 ° p o sitiv en S tra h len , und
« » > 90 ° n eg ative n S tra h len entsprech en .
M an fin d e t in der T a t re ge lm äß ig (nur m it einigen A u snah m en ) am grö ß er als 90 °. D a s w ü rd e also au f n e g a tiv e S tra h le n d eu ten .
G an z sich ere A n h a lts p u n k te fü r die B e stim m u n g der kosm isch e le k trisch en S tra h len im N o rd lic h t h abe ich erst d u rch U n tersu ch u n g en üb er die L ic h tv e rte ilu n g und ü ber d as N o rd lic h tsp e k tru m gefunden.
A u f der G ru n d la g e eines großen M a teria ls vo n dem H a ld d e o b se rv ato riu m h ab e ich eine s y s te m atisch e U n tersu ch u n g ü b er die L ic h tv e rte ilu n g versch ied en er F o rm en gem ach t.
S elb st fü r dieselbe F o rm v a r iie rt die L ic h tv e r teilu n g sehr sta rk , ja an versch ied en en S tellen d er
selben F o rm kön nen versch ied en e L ic h t V ertei
lungen a u ftrete n , o b w o h l die u n tere G ren ze ü b erall in derselben H ö h e lieg t.
Man m u ß d an n anneh m en, d a ß die A bsorption so vor sich geht, daß Strahlen von derselben A rt, die überhaupt identisch sind, eine verschiedene Lichtver
teilung, ie nach den Umständen, geben können. W e l
ch es sind nun diese U m stä n d e? Sie m üssen darin bestehen , d a ß die A b so rp tio n d u rch die v o rh a n denen K raftfelder a b g eä n d ert w erden kan n .
U m die A b än d eru n gen zu versteh en , b ra u c h t m an nur d as m a g n etisch e F eld der E rd e zu b e rü ck sich tigen . W ir m üssen ann eh m en , d a ß die S tra h len n ich t den m agn etisch en K r a ftlin ie n p a ra lle l gehen, sondern d a ß sie sich sch rau b en fö rm ig um die K r a f t linien bew egen.
W egen der K o n v e rg e n z der m a g n etisch en K r a f t linien w ird die W in d u n g sza h l pr. L ä n g e n e in h eit in der R ic h tu n g der K r a ftlin ie n m it ab n eh m en d er H öh e zunehm en, bis die S tra h le n b a h n en a u f den K ra ftlin ie n sen k rech t stehen. D a n n kön nen sie eine ungeheure große W in d u n g sza h l a u f eine k u rze S treck e m achen, und h ier w ird also der S tra h l a u f
eine ku rze S tre ck e seh r v ie le S tö ß e m achen, und eine ve rg rö ß e rte L ic h tem issio n b ew irken . D ie V e r grö ß eru n g der W in d u n g szah l h a t eine äh n lich e W irk u n g w ie eine E rh ö h u n g des D ru ck es.
W ird der S tra h l n ich t ga n z ab so rb iert, w ird er sich w eiter n ach oben h in au fsch ra u b en , und kan n ev tl. w ieder n ach dem R a u m e zu rü ckk eh ren .
D ie U m k eh rp u n k te kön nen reell oder v ir tu e ll sein, je n ach d em die S tra h le n w irk lic h um kehren oder schon vo rh er gä n zlich a b so rb iert w erden.
N u n is t es v e rstä n d lich , d a ß je n ach der V erte ilu n g der U m k eh rp u n k te sich die L ic h tv e rte ilu n g den S tra h len e n tlan g ändern w ird.
F ü r die F orm en, w elch e die m a x im a le In te n s itä t nah e am u n teren R a n d e haben , liegen die U m k eh rp u n k te tie f (virtu ell). B e i den S trah len liegen sie dem gan zen S tra h l e n tla n g v e rte ilt (und sind vie lfa c h reell).
Ist nun d der D u rch m esser eines S trah les, so h a t m an
m v d
^ £2
e 2
H is t die m agn etisch e F eld stä rk e . Setzen w ir H = 1/2, so is t:
m v ^ d e 4 '
A u s M essungen vo n d ünnen S tra h le n find e ic h : d ~ < i o 4 ^
4
m v ,
---< i o 4 .
D ie ele k trisch en S tra h len , w elch e die N o rd lich ter b ew irken , m üssen also eine sehr große m agn etisch e A b le n k b a rk e it haben . F ü r « -S trah le n h a t m a n :
m v
e e tw a 4 X i o 5
Sie sind zu w en ig a b len k b a r, u n d sie kön nen also n ich t so sch arfe S tra h len und dün n e D rap erien geben, w ie m an ta ts ä c h lic h b e o b a ch te t.
N u n m üssen g le ich zeitig die S tra h len b is zu einer H öh e vo n e tw a 9 0 — 100 km h eru n terd rin gen können. D iese b eid en B ed in g u n g en kön nen ohne w eiteres die K a th o d e n stra h le n erfü llen .
F ü r p o sitiv e S tra h len k ön nen w ir ann äh ernd die L u ftre ic h w e ite x als F u n k tio n vo n M asse, L a d u n g und G esch w in d ig k e it bestim m en. Is t m — M / N die M asse, und E = ne die L ad u n g , so is t:
27
M3 x = 10 ~ —
kv3 cm .
nä
D ie B e d in g u n g fü r die A b le n k b a rk e it e rg ib t:
v < i o 8 M
M * cm .
W assersto ffstrah le n w ü rd en sich am gü n stigsten
stellen , aber auch diese geben eine sehr geringe
R e ich w eite.
544 V
e g a r d: Das N ordlichtspektrum und die höheren Atm osphärenschichten.
f Die Natur- LwissenschaftenK ö n n te m an die S to ffv e r te ilu n g an n äh ern d in der vo n W
e g e n e ran gegebenen W eise berech n en , so w ü rd e m an — selb st vo n den leich ten G asen a b geseh en — fin d en , d a ß W a ssersto ff stra h len n u r bis zu H ö h en vo n 135 km h eru n tergeh en kön nen .
U n sere g a n ze K e n n tn is der S to ffv e r te ilu n g in den h öh eren A tm o sp h ä re n sch ich ten is t ab er zu u n sich er, um ga n z sich ere S ch lü sse zu ziehen. D o ch sch e in t es, als ob die K a th o d e n stra h le n die w a h r
sch e in lich ste n sind.
II.
B e i der B e h a n d lu n g der F ra g e ü ber die N a tu r der ko sm isch en S tra h le n sto ß en w ir also a u f die S c h w ie rig k e it un serer u n sich eren K e n n tn is in den h öheren A tm p so h ä re n sch ich ten . U n d h ier m üssen w ir uns an d as N o rd lic h tsp e k tru m w en den .
D a s N o rd lic h tsp e k tru m is t schon seit lan ger Z e it der G eg en sta n d v ie ler B e o b a c h tu n g e n gew esen.
W eg en der seh r gerin gen L ic h ts tä rk e h a t m an A p p a ra te v o n seh r gerin ger D isp ersion b en ü tzen m üssen, um an L ic h ts tä rk e zu gew in n en . D esh alb sind die älteren M essu ngen m it erh eb lich en F eh lern b e h a fte t.
G ew ö h n lich w ird m an im S p ek tro sk o p nur eine ein zige grü n e L in ie sehen.
N u r bei s ta rk en N o rd lich tern sieh t m an einige and ere L in ie n , eine grü n e L in ie und eine L in ie in B la u und u n ter gew issen U m stä n d en au ch L in ien oder B ä n d e r in R o t.
A ls ich 1910 a n fin g, m ich m it der F ra g e über die N a tu r der ko sm isch en S tra h le n zu b esch äftig e n , h ab e ich so fo rt n ach A n h a lts p u n k te n im N o rd lic h t
s p ek tru m gesu ch t. A b e r ich fan d , d a ß die B e stim m u n gen zu u n gen au w aren , um eine D e u tu n g des S p ek tru m s zu erm öglich en . U n d so lan g e m an m it re c h t groß en F eh lern rech n ete, k o n n te m an g e w isse S tü tz e n fü r die versch ied en sten D eu tu n gen finden .
E s w aren also gen au ere B estim m u n g en n ötig, und schon 19 12 h a b e ich fü r diesen Z w e c k eine R eise n ach B o ssek o p , F in m ark en , g e m a ch t. H ier h ab e ich m ich ein ige M o n ate a u fg e h a lte n , und h ab e te ils A u fn a h m e n m it ein em re c h t g ro ß en und lic h ts ta r k e n S p ek tro g ra p h e n g em a ch t, te ils h ab e ich sp ek tro sk o p isch e M essu ngen a u sgefü h rt.
O b w o h l der S p ek tro g ra p h re c h t lic h ts ta r k w ar, h a b e ich selb st m it E x p o sitio n sz e ite n vo n m ehreren W o ch en n u r die sech s s tä rk s te n L in ie n in B la u b e kom m en . E s k o n n te ab er sich er fe s tg e s te llt w e r
den, d a ß diese L in ie n dem n e g a tiv e n B a n d e n sp e k tru m des S tic k s to ffs angeh örten .
E in e A u fn a h m e der N o rd lich tlin ie w ar n ich t sc h a rf — w ah rsch e in lich w egen T e m p e ra tu r
ä n d eru n g en . — D a g e g e n m a ch te ich eine Serie vo n sp ek tro sk o p isch e n M essu ngen, die e r g a b e n :
^ - 5576,9
D ieser W e rt w a r b e tr ä c h tlic h g rö ß er als der d a m als angen om m en e 5570, u n d ich h ab e, u m sichere W erte zu b ekom m en , die M essu ngen in K r istia n ia fo rtg e s e tzt. Ich b ra u c h te d o rt ein S p ek tro sko p ,
m it dem ich sich er den F eh ler bis zu ein em B r u c h te il ein er Ä n g strö m ein h e it h eru n terd rü ck en k o n n te.
E s ergab sich :
* = 5577,6 A .
U n g e fä h r zu r gleich en Z e it h a t S
l i p h e rA u fn a h m en v o m N a c h th im m e l gem a ch t, und er fin d e t fü r die g rü n e L in ie :
* = 5578,0 A .
N e u lich h a t B
a b c o c km it A u sg a n g sp u n k t in diesen B e stim m u n g en die D e zim a le m it einem In te rfe ro m eter b e stim m t, und m an fin d e t d a n n :
* = 5577,35 A •
D ie gen au e B e stim m u n g m a ch te die D e u tu n g vo n dieser grü n en L in ie n ich t ein fach er.
U m m ö glich erw eise a u f die S p u r zu kom m en, h ab e ich m ich entsch lossen , m ehr s y ste m a tisch e U n tersu ch u n g en ü ber d as gan ze N o rd lic h tsp e k tru m zu m ach en.
A u f G ru n d la g e m einer frü h eren E rfa h ru n g en h ab e ich einen gro ß en G lassp ek tro g ra p h en und einen gro ß en Q u arzsp e k tro g rap h e n k o n stru ie rt und bei der F irm a C arl L eiss, B erlin , m ach en lassen.
W e ite r h ab e ich zw ei k lein e und seh r lic h ts ta rk e S p ek tro g ra p h e n g e b au t.
D ie ersten w aren fü r sehr lange E x p o s itio n s zeiten und fü r gen au e W e llen län gen b estim m u n gen b e stim m t. D ie klein en so llten fü rU n tersu c h u n g en ü b er die V a ria tio n im N o rd lic h tsp e k tru m b e n u tz t w erd en . D ie A p p a ra te w u rd en in T ro m sö a u f
g e stellt.
B eson d ers w ic h tig ist die A u fs te llu n g der groß en S p ek tro grap h en , w o m it m an m o n atela n g exp on ieren m uß. M an m uß sie sch n ell in T ä tig k e it setzen können, und sie m üssen u n ter an n äh ern d k o n sta n te n T em p e ra tu re n stehen.
D ies h ab e ich d a d u rch erreich t, d a ß ich die S p ek tro grap h e n in gro ß e p assen d gefo rm te K ä s te n ein g e b a u t h ab e. D ie K ä s te n k o n n te n um eine h o rizo n ta le und eine v e rtik a le A ch se ged reh t w er
den. D ie T e m p e ra tu r im In n eren w u rd e a u to m a tisch k o n sta n t g eh alten .
D ie le tz te n zw ei W in te r h ab e ich ein re ch t a u s
ged eh n tes u n d schönes M a te ria l b ekom m en , und alles is t n och n ic h t b e a rb eitet. N u r einige der w ich tig sten P la tte n vo n dem ersten W in te r sind ausgem essen und eine vo rlä u fig e V e rö ffe n tlic h u n g is t erschienen.
E s zeigte sich, d a ß vo n den gem essenen 35 L i nien u n d B ä n d e rn die m eisten dem B a n d e n sp e k tru m des S tic k s to ffs gehörten.
D ie N o rd lic h tlin ie und ein ige and ere L in ien oder B ä n d e r k o n n ten n ich t m it b ek a n n te n S tic k s to ff linien id e n tifizie rt w erden , sie k o n n ten au ch n ich t a u f andere m ö glich vo rh a n d en e G ase z u rü c k g e fü h rt w erd en .
E in e A tm o sp h ä re n sch ich t in H ö h en ü b er 100 km , w elch e g rö ß te n te ils aus H e und H b esteh en sollte, e x is tie r t n ich t.
. D ie grü n e L in ie kan n n ic h t vo n einem G as
leich ter als N h errühren , und sch w erere G ase sind
H e ft 25.
1
19. 6. 1925 J V
e g a r d: D as N ordlichtspektrum und die höheren Atm osphärenschichten. 545 sehr u n w ah rsch ein lich , d a sie sich n ic h t in diesen
H öh en in gen ü gen d en M engen h a lten können.
D ies h a b e ich d a d u rch zeigen kön nen , d a ß ich N o rd lich tsp e k tre n in versch ied en en H öh en au f- gen om m en h ab e.
D ie grüne L in ie zeigte sich relativ zu den Stick- stoffbändern ein wenig stärker am unteren als am oberen R and.
D ies E rg eb n is s p rich t en tsch ied en d afü r, d a ß die N o rd lich tlin ie als eine S tic k sto fflin ie , die u n ter ga n z e ig en tü m lich en E rreg u n gsb ed in g u n g en zur E m issio n g e b ra c h t w ird , anzu seh en ist.
A b er u n a b h ä n g ig vo n der F ra g e ü b er den U r sp ru n g der grü n en L in ie zeig te n diese A u fn a h m e n aus versch ied en en H öh en , d a ß der S tic k s to ff als dom in ieren d er B e sta n d te il b is zu seh r groß en H öhen, u n d w ah rsch e in lich b is an der G ren ze der A tm o sp h ä re vo rh a n d e n sein m ü ß te.
N u n b e o b a c h te t m an indessen N o rd lich ter, w elch e H ö h en b is 750 k m erreichen.
B e re ch n et m an n a ch den gew ö h n lich en G a s form eln den S tic k s to ffd r u c k fü r versch ied en e H öhen, so fin d e t m an sch on in einer H ö h e v o n e tw a 1 1 0 — 120 k m eine S tic k s to ff d ich te, die zu gerin g ist, u m die b e o b a c h te te In te n s itä t des N o rd lich ts zu erklären . D ie G asg esetze kön nen also n ich t fü r diese h ö ch sten A tm o sp h ä re n sch ich ten gelten , es m üssen andere K r ä fte h in zu treten , w elch e den S tic k s to ff in die H ö h e treib en . H ier kön nen w o h l n u r ele k trisch e K r ä fte in B e tr a c h t kom m en.
Ich w u rd e in d ieser W eise zu der A n s ic h t g e fü h rt, d a ß die oberen A tm o sp h ä re n sch ich ten e le k trisch gelad en sind, und diese A u fla d u n g lä ß t sich als p h o to e lek trisch e W ir k u n g seh r k u rzw e llig er S o n n en stra h lu n g e rk lären . E s b le ib t ein Ü b e r
sch u ß p o sitiv e r E le k tr iz itä t zu rü ck . E s e n tste h t ein elektrisch es F eld m it a u fw ä rts g e rich te ter K r a ft und die p o s itiv gelad en e M aterie b e k o m m t einen e lek trisch en A u ftrie b .
W äre die M aterie n och als g a sfö rm ig zu b e tra c h te n und k ö n n te m an anneh m en, d a ß die G asd ich te n och so groß sei, d a ß der ele k trisch e A u f trie b sich g le ich m ä ß ig a u f die G asm asse in jed e m V o lu m elem en t ve rte ile, so h a t m an fü r die D r u c k ä n d eru n g dp:
(1) d p — — {e g — a F ) d h .
g is t die D ich te, a die ele k trisch e D ich te, F die elek trisch e K r a ft.
V o n dem G ed a n k en au sgeh en d , d a ß die d o m i
nierende grü n e L in ie a u ch dem S tic k s to ff, als d o m i
nierender B e sta n d te il der h ö ch sten A tm o sp h ä re n sch ich ten , zu zu sch reib en ist, m u ß te ic h g le ic h ze itig n ach einem Z u sta n d such en, w elch er d as eig en tü m lich e S p ek tru m erk lären k ö n n te. Ic h h ab e d an n zu erst an die M ö g lich k eit g e d a ch t, d a ß die grün e L in ie in ein er h o ch io n isierten S tic k sto ffa tm o sp h ä re en tsteh t. D iese A n n ah m e is t ab er re c h t u n w a h r
sch einlich , denn erstens is t das ga n ze id e n tifizie r
b a re N o rd lic h tsp e k tru m h a u p tsä c h lic h ein B a n den sp ek tru m , u n d zw eiten s m u ß te m an d an n die
N o rd lich tlin ie in d en ko n d en sierten E n tla d u n g e n im S tic k s to ffg a s b e o b a ch te n können, w as n ic h t der F a ll ist. D ritte n s k a n n m an, w ie eine Ü b e rsch la g s
rech n u n g zeigte, k a u m m it einem so u n geh eu er groß en Io n isieru n gsgrad (w enigstens n ic h t in der N a ch t) rechnen.
Ic h w u rd e d an n a u f den G ed a n k en g efü h rt, d a ß m öglich erw eise die T e m p e ra tu r so n ied rig sei, d a ß der S tic k s to ff zu kleinen, festen , k ry sta llin isc h e n P a rtik e lc h e n k o n d en siert sei, und d a ß diese T e il
chen d u rch e le k trisch e K r ä fte in die H ö h e g e trieb en w ürden.
N u n m u ß m an allerd in gs n ic h t d enken , d a ß alle T eilch en dieselbe L a d u n g und M asse b esitzen . D ie T eilch en u n tersch eid en sich v o n G asm o lekü len eben d ad u rch , d a ß die A to m e in einem K r y s ta llg itte r a n g eo rd n et sind, und d ie A to m z a h l der T eilch en v a r iie rt zw isch en gew issen G renzen . D iese Z u stan d sfo rm h a b e ich m it dem N am en Pseudogas b e ze ich n et. D ie T eilch en , fü r w elch e die L a d u n g (E) im V e rh ä ltn is zu r M asse (m) so gro ß ist, d a ß
~ F > g , b ew egen sich a u fw ä rts. V a riieren in E
diesen H öh en F und g u n g e fäh r in derselb en W eise m it d er E n tfe rn u n g v o m E rd ze n tru m , so b ew egen sich die P a r tik e ln a u fw ä rts, so lan ge — sich n ic h t E
m
än d ert, u n d sie w ü rd en also die E rd e verlassen . E s m üssen a lso U m stä n d e v o rh a n d e n sein, w elch e die W a h rsc h ein lich k eit fü r d as W e gflieg en v o n den P a r tik e ln p ra k tis c h a u f N u ll h e ru n ter
d rü cken . V o n solchen U m stä n d en h a b e ich in m einen P u b lik a tio n e n die folgen d en h e ra n g e z o g e n : D ie gelad en en P a r tik e ln stoß en gegen andere u n d n eh m en E le k tro n e n auf, w o d u rch die L a d u n g v e rm in d e rt w ird . E s kö n n en a u ch freie E lek tro n e n h eru m fliegen , u n d diese kön nen vo n den P a rtik e ln a u f gen om m en w erd en . D u rc h diesen A u s ta u s c h v o n L a d u n g w erd en sich die P a r tik e ln b a ld a u f
w ä rts bew egen, b a ld w ied er sinken , u n d andere P a r tik e ln w erd en in die H ö h e g etrieb en .
J e größer die P a rtik eln sind, je gerin ger is t die W a h rsc h ein lich k eit fü r eine g ro ß e B esc h leu n ig u n g a u fw ä rts, und je grö ß er is t die W a h rsc h ein lich k eit, d a ß sie a u f eine gew isse S tre c k e eine U m la d u n g erfah ren.
D u rch das M agn etfeld der E rd e w erd en die g e lad en en P a r tik e ln eine N e ig u n g d a zu h ab en , den m agn etisch en K r a ftlin ie n zu folgen . Sie können also nur en tw ed er an den P o le n oder in der N äh e der m agn etisch en Ä q u a to ria leb e n e die E rd e v e r
lassen. W erd en im m er E lek tro n e n stra h le n v o n der Son ne e m ittie rt, so w ü rd en diese S tra h len re c h t k o n sta n te E lek tro n e n strö m e a u ß e rh a lb der A tm o sp h äre vera n lassen kön nen , w elch e sich h a u p tsä c h lic h um die Ä q u a to ria leb e n e und die P o len k o n zen trieren . D iese E lek tro n e n strö m e kön nen erstens die so h o ch geh end en p o sitiv en P a rtik e ln n eu tralisieren , zw eiten s kö n n en sie eine V erm in d eru n g des ele k trisch en F eld es h ervo rru fen .
J ed en fa lls m üssen w ir uns denken , d a ß die
P a r tik e ln im m er ihre L a d u n g ve rta u sch e n , und je
546 V
e g a r d: Das N ordlichtspektrum und die höheren Atm osphärenschichten.
n ach dem L a d u n g sz u sta n d w ird eine P a r tik e l b ald steigen , b a ld sin k en . F ü r dieses S y s te m g e lten n ic h t die gew ö h n lich en G asg leich u n gen , a u ch n ic h t die G leich u n g (1), es h errsch t kein G le ic h g e w ic h t u n d es is t jib e r h a u p t sch w er, b is je t z t e tw a s B e stim m te s ü b er die M aterien m en ge zu sagen, w elch e in d ieser W eise d u rch ele k trisch e K r ä fte in ein er a b n o r
m alen H ö h e g e h a lte n w ird .
E s is t in d ieser V erb in d u n g v o n In teresse zu erw äh n en , d a ß d ie M aterien m en ge, w elch e fü r d ie E rk lä r u n g des A u fle u c h te n s der M eteore n ö tig ist, kein e Sch lü sse ü b er die T e m p e ra tu r d er o b ersten A tm o sp h ä re n sc h ic h te n g e s ta tte t, w ie v o n den H erren L
i n d e m a n nu n d D
o b s o ng e m a c h t w ird .
D a s M a g n etfeld der E rd e u n d a u ch die V a r ia tio n der S o n n e n stra h lu n g m it d er B re ite b ew irk en , d a ß v e rh ä ltn ism ä ß ig v ie le P a r tik e ln in den Ä q u a to ria lg eg en d e n sich in gro ß en H ö h en a k k u m u lieren . D ie F lä c h e n gleich er D ic h te v e rla u fe n n ic h t ü b e ra ll in g leich er H öh e, sond ern m an m u ß erw arten , d a ß sie b e i den P o le n v ie l n ied riger lieg en als in den Ä q u a to ria lg e g e n d en . D ie S ta u b a tm o sp h ä re h a t die F o rm ein er L in se. D iese S ta u b lin se w ird lange n a c h d em S o n n en u n terg a n g vo n den Son n en strah len g e tro ffen , und d u rch S tre u u n g des L ic h te s so llte m an einen d iffu sen L ic h tk e g e l sehen. W ir h a b en m it and eren W o rte n in d ieser W eise eine ein fach e E rk lä r u n g des Z odiakallichtes g efu n d en . D iese so rä ts e lh a fte L ic h te rsc h e in u n g so llte also eine D ä m m erungserscheinung in der S ta u b a tm o sp h ä re sein.
D ie S ta u b a tm o sp h ä re e rk lä rt a u ch d as F u n k e ln d er F ix ste rn e u n d d as A u sb leib e n des F u n k e in s bei den P la n eten . D a die P a r tik e ln g rö ß te n te ils eine v e rtik a le B e w e g u n g h ab en , v e rs te h t m an au ch , d a ß d as F u n k e ln m it der Z e n itd ista n z ab n im m t.
D ie g rü n e L in ie, w elch e im N o rd lic h tsp e k tru m d o m in iert, e n ts te h t n ach dieser A u ffa ssu n g , w en n p seu d o g asfö rm ig er S tic k s to ff vo n elektrisch en S tra h le n g e tro ffen w ird . B e i den S tra h le n stö ß e n w ird u n ter gew issen S to ß b e d in g u n g en der P a r tik e l e tw a s W ä rm e zu g e fü h rt, und es kan n sich m o le
k u larer S tic k s to ff b ild en . N u n w ird ab er d as so g e b ild ete G as w ied er b a ld frie re n ; is t ab er die S tra h le n d ic h te gro ß , w ie b ei den dü n n en D rap e rien u n d d en in te n siv en dü n n en B o g e n der F a ll ist, so k a n n eine re c h t g ro ß e V e rd a m p fu n g im b e stra h lte n V o lu m e n s ta ttfin d e n . D iese m o m en tan en Z u s tan d sän d e ru n g e n en tsp rech en Ä n d e ru n g en des e m ittie rte n L ic h tes, und h ierd u rch erklären sich e in fac h die so n st rä tse lh a fte n F arb en ä n d e ru n g en , w elch e fü r die konzentrierten N o rd lich tfo rm en so ch a ra k te ris tisc h sind .
D ie a n g egeb en e K o n s titu tio n der h öh eren A tm o sp h ä re n sch ich ten m a c h t es au ch ohne w eiteres v e rstä n d lic h , w aru m m an n ic h t frü h er d as ty p is c h e N o rd lic h tsp e k tru m e x p erim en tell re p ro d u ziert h a t, und in d er T a t sind d ie U m stä n d e, u n ter w elch en d as N o rd lic h tsp e k tru m h erv o rg eru fen w ird , ä u ß e rst schw er zu rep ro d u zieren . M an m ü ß te p seu d o g a s
förm igen S tic k s to ff d arstellen und m it ele k trisch en S tra h le n b o m b ard ieren . D a m it ab er die k r y s ta l- lin isch en S tic k s to ffp a rtik e ln w irk lic h als solche vo n
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Die N atu rwissenschaften
den S tra h le n g e tro ffen w erden, m u ß m an — w ie in der N o rd lich tre g io n — S tra h le n b ü n d e l vo n seh r gerin ger D ic h te b en u tzen . E s w äre d och d e n k bar, d a ß m an die ty p is c h e n Z ü ge des N o rd lic h t- leu ch ten s in d er W e ise rep ro d u zieren kö n n te, d a ß m an eine S c h ic h t v o n festem S tic k s to ff m it e le k trisch e n S tra h le n b o m b a rd iert.
A n reg u n g sve rsu ch e dieser A r t h a b e ich in dem k ry o g en e n L a b o ra to riu m vo n
K a m e r l i n g h O n n e sin L eid en w äh ren d des le tz te n Jah res a u sfü h ren kön nen .
B e i den ersten im J an u a r 1924 au sgefü h rten V ersu ch e n w u rd e fester S tic k s to ff m it flü ssigem W a sse rsto ff g e k ü h lt und m it lan g sam en K a th o d e n stra h len vo n ein er W e h n e lt-K a th o d e a n geregt.
W e n n die S p an n u n g a u f ein ige h u n d e rt V o lt e r
h ob en w u rd e, erregten die K a th o d e n s tra h le n a u f der S tic k s to ffflä c h e ein seh r leb h a ftes L e u c h te n m it grü n er F arb e. D ie S p e k tra la u fn a h m en zeig ten z u erst zw ei d iffu se L in ien in G rü n N 1 und N 2. D ie le tz te is t re c h t sch arf, und d ie W ellen län ge n m es
sun gen erga b en eine W ellen län g e 5230 A. D ie L in ie N ± w a r b re iter und z eig te eine S tru k tu r. D ie W ellen län gen m essu n gen zeigten , d a ß N , sich a u f beid en S eiten d er g rü n en N o rd lic h tlin ie 5 5 7 7 Ä.
au sd eh n te. U n te r passen d en E rreg u n g sb ed in gu n g en k o n n te e rre ich t w erd en , d a ß d as A ^ -B and in b e zu g a u f In te n s itä t d as g a n ze L e u c h te n b e h errsch te, gerad e w ie die grü n e L in ie 55 77 das N o rd lic h tsp e k tru m b eh errsch t.
A u c h N 2 is t im N o rd lic h tsp e k tru m vo rh an d en . U n te r sta rk en N o rd lich tern kan n m an eine zw eite L in ie in G rü n sp ek tro sk o p isch b e o b a ch te n . D ie vo rlieg en d en W ellen län gen m essu n gen sind re c h t un sicher. A ls D u rc h sc h n ittsw e rt fin d e t m an 5230 in Ü b e re in stim m u n g m it der fü r N 2 gefu n d en en W e llen län g e.
In B la u und V io le tt b e k o m m t m an u n ter den er
w ä h n ten A n reg u n g sb ed in g u n g en gerad e d ie im N o rd - lic h tsp e k tru m h erv o rtre ten d en S tic k s to ffb ä n d e r und m it d erselben ty p is c h e n In ten s itä ts v e rte ilu n g .
W en n die E rreg u n g a u fh ö rte, b lieb die F lä ch e noch leu ch ten d . Im S p ek tro sk o p k o n n te ich zu erst nu r die L in ie N 2 sehen. S p ä te r h a b e ich , w ie w ir sp äter n äh er erö rtern w erd en , a u ch N 1 und B ä n d e r in R o t und B la u im N a ch leu ch ten b e o b a ch te t. D ie L in ien , w elch e im N a ch leu ch ten V orkom m en, sind also eine fü r die feste F o rm c h a ra k te ristisc h e L eu ch tersch ein u n g, und gerad e dieses L eu ch ten e n tsp rich t den rä tselh a ften grü n en L in ie n im N o rd lich tsp e k tru m . W a s die im N o rd lich tsp e k - tru m und im S p ek tru m vo n festem S tic k s to ff v o r kom m en d en n e g a tiv e n und p o sitiv e n B ä n d e r in B la u und V io le tt b e trifft, h ab e ich diese n ic h t im N ach leu ch ten b e o b a c h te t, und sie kön nen m ö g
lich erw eise in einer k a lten , d u rch die S tra h len g e bild eten , gasförm igen O b erflä ch e sch ich t en tsteh en . Sch on die ersten E x p e rim e n te h a tte n also e r
geben, d a ß der feste S tic k s to ff gerad e den L e u c h t
e ffe k t gib t, w elch er n ach m einer A n sch a u u n g über
die höheren A tm o sp h ä re n sch ich ten zu erw arten
w äre, und sie h a tte n so m eine A u ffa s s u n g b e stä tig t.
H eft 25.
1 19. 6. 1925 J
N u n is t es a llerd in gs w ah rsch ein lich , d a ß m an n ic h t n u r in den ob eren A tm o sp h ä ren sch ich ten , sondern a u ch an d ersw o im W e lträ u m e m it A n sam m lu n g en v o n M a terie in p seu d o g asfö rm ig em Z u sta n d zu tu n h a t. B eso n d ers w äre die A n n ah m e n ah eliegen d , d a ß gew isse S tern n eb el — w elche, w ie d a s N o rd lich t, ein ige h e rv o rtre ten d en ab er n ich t id e n tifizie rb a re n L in ie n zeigen — eine äh n lich e K o n stitu tio n b esitzen , n u r d a ß andere S u b stan zen , vie lle ic h t W a sse rsto ff u n d E d e lg a se in F ra g e k o m m en.
D ie neue A n sc h a u u n g der oberen A tm o sp h ä re n sch ich ten so w o h l a ls der n eu e n td e c k te besondere L e u c h te ffe k t des festen S tic k s to ffs e rö ffn e t eine R eih e vo n F ra g e n , deren B e a n tw o rtu n g teils vo n einem rein p h y sik a lisch en , teils vo n einem ko sm isch p h y sik a lisch en G esic h tsp u n k te au s vo n grö ß ter B e d e u tu n g ist.
W ie v e rh ä lt sich d er feste S tic k s to ff gegen ü b er K a n a ls tra h le n ? Sin d n u r K a th o d e n stra h le n im stan d e, d as ty p is c h e N o rd lic h tsp e k tru m zu geb en ? K a n n m an a u c h im N o rd lic h tsp e k tru m c h a ra k teristisch e B ä n d e r in R o t und U ltr a v io le tt im S p e k tru m des festen S tic k s to ffs w ied erfin d en ?
W elch e S tru k tu r u n d E rreg u n g sb ed in g u n g en hab en d ie B ä n d e r des festen S tic k s to ffs (z. B . Ar1 u n d N 2) ?
W ie v e rh a lte n sich andere G ase, w en n sie in fester F o rm m it ele k trisch en S tra h len b o m b a rd ie rt w erd en ? z. B . H 2, N e, 0 2, A r, und zu sam m en ge setzte G ase w ie N H 3, N O , N O a, CO , C 0 2, H aO usw . U nd h a t d as e m ittie rte L e u c h te n B ezieh u n gen zu u n erk lä rten L in ien des kosm isch en G eb ietes?
K a n n m an die S tru k tu r vo n den N x- und N 2-B än d ern b eein flu ssen , u n d w ie v e rh a lte n sie sich bei der T e m p e ra tu r v o n flü ssigem H eliu m ?
W ie is t d ie P h o sp h o re scen zeig e n sch a ft des festen S tic k s to ffs zu erk lä ren ? H a t m an es h ier m it einem p h o sp h o rescen zfäh igen E le m e n t zu tu n ? W ä re dies der F a ll, m ü ß ten unsere frü h eren V o rs te llu n gen über die N a tu r der P h o sp h o rescen z fu n d am en ta l geän d ert w erden .
W elch e S p an n u n gen sind n otw en d ig, u m d as P h o sp h o rescen zleu ch ten des festen S tic k s to ffs m it K a th o d e n stra h le n an zu regen ?
L ä ß t sich d as L eu ch ten des festen S tic k s to ffs au ch m it u ltra v io le tte m L ic h t oder R ö n tg e n strah len anregen ?
E s sind h ier ein ige der w ic h tig ste n F ra g e n a n g e d e u tet w orden, w elch e ich m ir fü r w eitere A u s fo rsch u n g b ei m einer R ü c k k e h r n ach L eid en , E n d e F eb ru a r vo rigen Jah res, g e s te llt h a tte .
D ie U n tersu ch u n g en vo n dem L e u c h te n vo n festem W a ssersto ff und N eon u n d die ü b rigen V e r such e, w elch e flüssiges H eliu m v e rla n g ten , w u rd en so fo rt g e p lan t, und die K o n str u k tio n und V e r a rb e itu n g der n ötigen A p p a ra te in A rb e it g e setzt.
D iese V ersu ch e selb st ko n n ten erst im J u n i a n gefan gen w erden , und w erd en je t z t n och fo rtg e se tz t. D ie E rg eb n isse der V ersu ch e b ei der T e m p eratu r des flü ssigen H eliu m s sind n och n ich t v e r öffe n tlich t.
547 Z u erst w a r es v o n W ic h tig k e it, die E ig e n s c h a f
ten des e n td e ck ten S tic k s to ffe ffe k te s g en au er zu stu d ieren , u n d a u ß erd em d iejen ig en G ase zu u n te r
such en, w elch e b ei der T e m p e ra tu r vo n flü ssigem W a ssersto ff in fester F o rm a u ftrete n .
Im L a u fe ein iger M o n ate is t eine b ed eu ten d e A n z a h l B e o b a c h tu n g e n und S p ek tra la u fn a h m en g e m a ch t w orden, u n d h ierd u rch is t eine erste O rien tieru n g in d em neuen G eb ie t gew on n en .
D ie gestellten P ro b lem e sin d b ei w eitem n och n ich t ersch öpfen d b e h a n d e lt w ord en, u n d neue F ra g e n sind d u rch die U n tersu ch u n g en en tstan d en . A u ß e rd e m liegen n och k ein e au sfü h rlich en B e a r b e i
tu n g en und V erö ffe n tlich u n g en des b is j e t z t g e w onnenen M a teria ls vor.
N ich tsd esto w en iger lä ß t sich eine R eih e in te re s
san ter E rg eb n isse d ire k t aus den B e o b a ch tu n g en entn eh m en . E in ig e der w ich tig sten R e su lta te , w elch e beson ders in enger B e zie h u n g zu m N o rd lich tp ro b le m steh en , sollen h ier k u rz e rw äh n t w er
den.
F ü r eine gen au ere B e stim m u n g des S p ek tru m s v o n festem S tic k s to ff h a b e ich bei m einer R ü c k k e h r n ach L eid e n einen lic h ts ta rk e n S p ek tro g rap h e n vo n re c h t g ro ß er D isp ersion m itg e b ra c h t, u n d schon k u rz n ach h er (im M ärz) h a b e ich die ersten A u f n ah m en des neuen E ffe k ts m it diesem A p p a ra te gem ach t.
In b e zu g a u f die grü n en B ä n d e r N x und N 2 e r
gab en die A u fn a h m en m it gro ß er D isp ersion n ich ts w esen tlich N eues. G erad e w ie b ei den ersten A u f
n ah m en m it dem k lein en S p ek tro g rap h e n erschien N 2 als eine ein zige d iffu se L in ie m it einer W e llen län g e vo n e tw a 5230 Ä. In b e zu g au f d as B a n d N 1 h a tte n schon die ersten A u fn a h m e n g ezeig t, d a ß es sich a u f b eid en S eiten der N o rd lich tlin ie a u s
d eh n te, und d a ß es w en igsten s zw ei M a x im a besaß.
D ie A u fn a h m e n vo n gro ß er D isp ersion zeigten , d a ß N 1 in W ir k lic h k e it drei M axim a , ein sta rk es H a u p t
m a xim u m m it einer W ellen län g e 5555 A und zw ei sch w äch ere N e b e n m a x im a m it W e llen län gen 5 6 11 und 4649 Ä, h a tte . D ie N o rd lich tlin ie 5577, die, w ie w ir w issen, sehr sch a rf ist, lie g t im B e re ic h des B a n d es, fä llt ab er m it k ein em v o n den drei M a x im a zu sam m en . D ie S tru k tu r u n d B re ite des N x-B a n d es ä n d e rt sich n ich t w esen tlich m it A r t u n d G esch w in d ig k e it der erregend en S trah len . A u c h n ich t eine T em p e ra tu re rn ied rig u n g m it H ilfe vo n flüssigem W a sse rsto ff u n ter re d u ziertem D r u c k oder m it H ilfe vo n flü ssigem H eliu m h a t eine Ä n d e ru n g der S tru k tu r des -ZVj-Bandes ve ru rsa ch t.
W en n die N o rd lich tlin ie und d as B a n d als
versch ied en e F o rm en desselben E ffe k te s anzu seh en
sind, k ö n n te m an n ic h t ann eh m en , d a ß die S ch ärfe
der N o rd lich tlin ie w esen tlich a u f b estim m te S tra h
len eig en sch a ften und eine gew isse T em p e ra tu r b e
ru h en kö n n te, denn in dem F a lle m ü ß te m an au ch
im N o rd lic h t u n ter U m stä n d en eine v e rb re ite rte
N o rd lich tlin ie b eob ach ten . D ie S ch ärfe der N o rd
lic h tlin ie m u ß — m einer A n s ic h t n ach — d u rch 'd ie
gerin ge T eilch en g rö ß e e rk lä rt w erden , und die
N o rd lic h tlin ie ist die G ren zfo rm des JVj-Bandes,
V e g a r d : Das Nordlichtspektrum und die höheren A tm o sp h ä re n sch ich te n .
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8V
e g a r d: Das N o r d l i c h t s p e k t r u m . u n d d i e h ö h e r e n A t m o s p h ä r e n s c h i c h t e n .
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Die N a tu rwissenschaften
