Höher hinaus Mit Gasballonen in die Stratosphäre

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SWR2 Wissen. Von Dirk Asendorpf

Jeden Tag steigen Hunderte mit Helium gefüllte Ballone in die Stratosphäre auf. Dort sammeln sie Messwerte und Bilder. Auch Menschen wollen in Höhenballonen immer höher hinaus. Wie funktionieren diese gasgefüllten Flugobjekte und was kann man damit alles erfassen?

Dauer

Morgens um halb sieben in einer Halle des Deutschen Wetterdienstes auf dem Hohen Peißenberg in Oberbayern. Die Technikerin Dietlind Petersen hat den Stutzen der Ballonhülle über den Auslass einer Wasserstoffleitung gestülpt und öffnet den rot leuchtenden Absperrhahn der Druckflasche.

Das Gas strömt in die vorgewärmte hauchdünne Gummihülle, nach einigen Minuten schwebt der Ballon mit einem Durchmesser von knapp zwei Metern über dem Füllstutzen. Mit einer einfachen Balkenwaage kontrolliert Petersen den Auftrieb.

Der Wetterballon ist bald prall gefüllt. Petersen muss noch die kleine Pumpe in der vorbereiteten Messsonde anstellen und das in Styropor verpackte Gerät unter den Ballon hängen. Die Kirchenglocke am Fuß des 988 Meter hohen Berges hat Viertel vor sieben geschlagen.

Höhenballone (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa -)
Der Hohe Peißenberg mit der Wetterstation picture-alliance / dpa -

Zeit für den Aufstieg

Schon nach wenigen Sekunden ist der Ballon in der Wolke verschwunden. Doch für die nächsten zwei Stunden wird die Sonde ihre exakte Position sowie Messwerte zu Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Ozongehalt an die Wetterstation funken.

Nicht nur auf dem Hohen Peißenberg, an Hunderten Startplätzen überall auf der Welt steigen täglich mit Wasserstoff oder Helium gefüllte Gasballone durch die Atmosphäre in die darüber liegende Stratosphäre auf. Bis weit oberhalb der höchsten Flugrouten sammeln sie Messwerte und Bilder für die Wettervorhersage, die Atmosphärenforschung oder die Beobachtung von Erde und All.

Höhenballone (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa -)
Start eines Ballons zur Messung der Ozonschicht in der Antarktis picture-alliance / dpa -

Für besondere Aufmerksamkeit sorgen immer wieder Menschen, die sich mit Höhenballonen über die Tropopause in 10 bis 15 Kilometern Höhe hinaus bis in die Stratosphäre wagen. Pionier war 1931 der Schweizer Physiker Auguste Piccard. Sein Enkel Bertrand schaffte 1999 in 20 Tagen eine Erdumrundung in der Druckkapsel eines Höhenballons. Und 2012 stellte der österreichische Abenteurer Felix Baumgartner den jüngsten Weltrekord auf. Im freien Fall stürzte er sich aus 39 Kilometern Höhe zurück zur Erde und erreichte dabei Überschallgeschwindigkeit.

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Felix Baumgartner kurz vor seinem Absprung aus der Stratosphäre picture-alliance / dpa -

Über den Wolken

Heute sind wir es gewohnt, am Flugzeugfenster einen ruhigen Blick von oben über weiße Wolkenberge schweifen zu lassen. Damals war Auguste Piccard einer der ersten Menschen, die Atmosphäre und Erde aus dieser Perspektive mit eigenen Augen gesehen hatten. Ein Erlebnis, das ihn im Hinblick auf künftige Flugzeugpassagiere bereits ins Schwärmen brachte.

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Der Schweizer Physiker Auguste Piccard in der Gondel seines Ballons 1932. picture-alliance / dpa - Collage: SWR

Für Dietlind Petersen und ihre Kollegen vom Deutschen Wetterdienst sind die Ballonaufstiege auf dem Hohen Peißenberg Routine, sie selber bleiben schließlich am Boden. Dreimal die Woche treffen sie sich für die Vorbereitungen morgens um halb sechs im Labor.

Das Zusammenbauen der Messsonde ist Handarbeit, alle Teile müssen vor dem Start auf Funktionsfähigkeit getestet werden. Besonders aufwendig ist das für die Erfassung des Ozonanteils der Luft, zum Einsatz kommt ein sogenannter Bubbler. Die Technik ist robust – und altmodisch.

Wie eine zarte Haut

Deutlich zeigt die lange Messreihe das Entstehen des Ozonlochs in den 1980er Jahren und die langsame Erholung der schützenden Spurengas-Schicht in der Stratosphäre nach dem im Montreal-Protokoll vereinbarten weltweiten Verbot von Fluor-Kohlenwasserstoffen.

Höhenballone (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa -)
Das Ozonloch über der Antarktis 2006 (r) und 2013. Die blauen und violetten Farben zeigen an, dass die Ozonschicht dünn ist. picture-alliance / dpa -

Wie eine zarte Haut spannt sich die Atmosphäre um die Erdkugel. In zehn bis fünfzehn Kilometern Höhe endet die Troposphäre, in der sich praktisch das gesamte Wettergeschehen abspielt. Die schützende Ozonschicht befindet sich darüber in der Stratosphäre.

Sie kann nicht nur mit Gasballon-Aufstiegen untersucht werden. Schon seit 50 Jahren wird Ozon auch mit Radargeräten vom Boden und von Satelliten aus gemessen, inzwischen auch mit Lasern. Doch die neue Technik hat die alte nicht ersetzt, sondern immer nur ergänzt.

Höhenballone (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa -)
Wetterballon in der Wetterwarte Greifswald picture-alliance / dpa -

Extrem lebensfeindlich

Mitten im Aufstieg schwächelt das Funksignal der Mess-Sonde, die neue Empfangsantenne macht Probleme, zum Glück ist die alte noch betriebsbereit. Der Ballon hat die Troposphäre bereits hinter sich gelassen und steigt weiter auf.

Jede Sekunde treffen ein bis zwei neue Messwerte ein. Auf dem Computerbildschirm sind sie als Linien zu sehen, die mit zunehmender Höhe immer länger werden. In den Diagrammen sieht das Geschehen in der oberen Atmosphäre recht harmlos aus, für einen Menschen ist es eine extrem lebensfeindliche Umgebung.

Höhenballone (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa -)
Der Breitling Orbiter 2 mit den Piloten Bertrand Piccard, Wim Verstraeten und Andy Elson in den Schweizer Alpen: Der Versuch mit diesem Ballon um die Welt zu fliegen scheiterte an der Genehmigung für den chinesischen Luftraum. Er musste in Burma picture-alliance / dpa -

Larry Walters ist mit einem Ballonaufstieg berühmt geworden, anders als Felix Baumgartner oder Bertrand Piccard brauchte der kalifornische LKW-Fahrer im Juli 1982 dafür aber keine millionenschweren Sponsoren und kein großes Team. Seine Bodencrew bestand aus ein paar Nachbarn und seiner Freundin.

Flug auf dem Gartenstuhl

In deren Vorgarten hatte er 42 Wetterballons mit Helium gefüllt und an einem Gartenstuhl aus dem Baumarkt befestigt. Darauf saß Walters, auf dem Rücken einen Rettungsfallschirm, neben sich Funksprechgerät, Höhemesser, Erste-Hilfe-Kasten, Taschenmesser, Trockenfleisch und Cola als Proviant sowie acht Wasserkanistern als abgießbaren Ballast für die Regulierung des Auftriebs.

Auch an die Landung hatte Walters gedacht, mit einer Luftpistole wollte er einzelne Ballons zerschießen und so den Sinkflug einleiten. Doch als er in gut 5.000 Metern Höhe damit begann – zwei Linienflugzeugpiloten hatten ihn da in der Einflugschneise des Internationalen Flughafens von Los Angeles bereits gesichtet – fiel ihm die Pistole aus der Hand. Doch sein Gartenstuhl begann trotzdem zu sinken, langsam schwebte Walters Richtung Erde zurück.

Leider hielt das Glück nicht lange an. Die Luftfahrtbehörde forderte 4.000 Dollar Strafe für die unautorisierte Verletzung des Luftraums über dem Internationalen Flughafen von Los Angeles und die Pläne für eine Verfilmung seines Abenteuers scheiterten.

Balloon Cluster (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa -)
Larry Walters inspirierte zu sogenannten "Balloon Cluster" Flügen wie diesem von Matt Silver-Vallance in Südafrika. picture-alliance / dpa -

Wo wird er landen?

Der Peißenberger Ballon zieht nun die Messsonde nach oben, der Wind treibt ihn dabei zur Seite. Die per Funk übermittelten Daten des GPS-Geräts zeigen, dass er zunächst 80 Kilometer Richtung Nordosten gedrückt wurde. Dann hat er eine Höhe erreicht, in der der Wind Richtung Südwest bläst und so kommt der Ballon jetzt langsam wieder zurück.

Sein Durchmesser ist im minimalen Luftdruck der Stratosphäre inzwischen von zwei auf über zehn Meter angewachsen, bald wird er platzen. Dann fällt die Sonde zurück zur Erde. Es ist sogar schon vorgekommen, dass eine von ihnen wieder genau auf dem Hohen Peißenberg gelandet ist. Im Flur des Wetterdienst-Gebäudes hängt eine große Landkarte an der Wand, gespickt mit bunten Nadeln.

Radiosonde eines Wetterballons (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa -)
Radiosonde eines Wetterballons picture-alliance / dpa -

Jede der in weißes Styropor verpackten Sonden trägt an ihrer Außenseite einen auffälligen Finderbrief. „Bitte Lesen“ steht in großen Lettern darauf. Auch eine Finderurkunde steckt in dem wasserdicht verpackten Umschlag darunter. Und es gibt einen kleinen Finderlohn für die Rückgabe.

Messung am Morgen

Rund Eintausend Euro beträgt der Neupreis einer Messsonde, 800 Euro davon können mit der Wiederverwendung eingespart werden. Zusätzliche Kosten kann allerdings die Landung verursachen – obwohl die Sonde zu leicht ist, um jemanden ernsthaft zu verletzen, der von ihr getroffen würde. Auch ein Zusammenstoß mit einer Flugzeugturbine hätte keine gravierenden Folgen – jedenfalls nicht für das Flugzeug.

Inzwischen schwebt der Höhenballon in 36 Kilometern Höhe, knapp zwei Stunden nachdem Dietlind Petersen die Halteleine losgelassen hat. Zusammen mit ihrem Kollegen Ulf Köhler kann sie das Ende der Ballonfahrt am Verlauf der Kurven auf dem Computerbildschirm live verfolgen, bis der Ballon platzt.

Der Arbeitstag auf dem Hohen Peißenberg hat zwar sehr früh begonnen, ist aber um zwanzig vor neun keineswegs schon zu Ende. Denn nun werden die Daten ausgewertet.

Höhenballone (Foto: DWD - Foto: Alexander Heimann)
Nach dem Ballonflug kommt die Auswertung aller Daten, beispielsweise für amtliche Wetterwarnungen des Deutschen Wetterdienstes: Aktuelle Wettermeldungen, Computervorhersagen für die nächsten zehn Tage und viel persönliche Erfahrung sind Grundlagen DWD - Foto: Alexander Heimann
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