Kosmische Strahlung: Selbst Messen im Flugzeug - Dr. Christian Pinter - Astronomische Beobachtungstipps

Am Boden mischt sich die kosmische Sekundärstrahlung zur terrestrischen und bildet zusammen die natürliche Strahlung. Mit unseren Mitteln ist es kaum möglich, die beiden auseinander zu halten.

Je höher der Berg, desto entscheidender wird der Anteil der kosmischen Strahlung im Mix. Dennoch dringt auch noch Strahlung aus dem Boden ins Messgerät. In Reiseflughöhen übernimmt die kosmische Strahlung aber ganz eindeutig die Regie.

Wollen wir die kosmische Strahlung messen, müssen wir uns einem Ballon, einer Propellermaschine oder besser noch einem Düsenjet anvertrauen.

 

In Reiseflughöhe gerät die kosmische Sekundärstrahlung so stark, dass wir sie schon mit billigen Geräten ab etwa 100 Euro messen können. Geräte mit Logging-Funktion protokolieren mit. Das spart Schreibarbeit und erleichtert es, die Daten später mit den korrespondierenden Flughöhen in Verbindung zu setzen.

Wir werden mit einfachen Mitteln keine exakte Messung schaffen. Dennoch entlarven die Resultate letztlich nicht nur einen, sondern gleich zwei wesentliche Modulatoren der kosmischen Strahlungsdosis!

Zunächst hielt ich die kosmische Sekundärstrahlung auf der Strecke Wien - Athen fest.

Anfangs war nur das deutsche RadRate im Einsatz. Es maß mit einem Halbleiter, was beim Engpass an Zählröhren nach der Reaktorkatastrophe von Fukushima von Vorteil war.

Allerdings hatte es Probleme, die äußerst geringe Strahlung am Boden (gemessen in der Flugzeugkabine am Vorfeld der beiden Airports) einzufangen. Mit einem einzigen registrierten Strahlungstreffer pro Minute ergab sich ein äußerst unsicherer Vergleichswert.

Später nahm ich dann auch das russische Masmer-1 mit: In der ehemaligen Sowjetunion hatte man ja reichlich Erfahrung mit Radioaktivität gesammelt.

Dieses Gerät war wegen der kürzeren Messzeit beim Fliegen praktischer. Allerdings streuten seine Messwerte stark. Dennoch zeigte es die Zunahme der Dosis während des Steigflugs recht eindrücklich.

Leider konnte ich die Messergebnisse anfangs nur selten mit absoluten Höhenangaben in Beziehung setzen, da ich diese nur über das Bordinformationssystem bezog. Und das wurde alsbald zugunsten eines Spielfilms abgeschaltet ...

Fazit nach vier Flügen zwischen Wien und Athen: Die Messergebnisse zeigen in Reiseflughöhe (hier 11.900 m) eine 20 bis 30 mal stärkere Dosis als am Boden der beiden Airports. In der Literatur findet man selbst bei kontinentalen Flügen noch deutlich höhere Werte.  

Meine nächsten Flüge führten von Wien nach Florenz und zurück. An Bord wollte ich erstmals einen GPS-Tracker einsetzen: Der TripRecorder 747 Pro sollte automatisch die Flughöhe loggen.

Leider empfing er in der Flugzeugkabine keine Satelliten. Daher holte ich mir diese Daten später bei flightradar24.com (Stockholm) ab, das sich fortan als verlässlichste Quelle erwies. Die nachträgliche Recherche bedingt ein Silver-Abo um rund 15 USD pro Jahr.

Außerdem setzte ich ab dem nächsten Flug das Messgerät GMC-320 Plus der US-Firma GQ ein.

Es kostete bei Amazon um die 125 Euro und war empfindlich genug, um auch die natürliche Strahlung am Boden messen zu können - wie das obige Foto belegt.

Die geloggten Strahlungsdaten lassen sich samt Uhrzeit per USB und dem Programm GQ GMC Data Viewer auslesen. Um den späteren Vergleich mit den jeweiligen Flughöhen zu vereinfachen, stellt man das Messgerät am besten gleich auf UT ein.

Im folgenden sehen Sie die fertige Auswertung: Oben für den Flug von Wien - Florenz, unten für den Rückflug. Beim Hinflug erreichte die Dash 8 Q400 - eine zweimotorige Turboprop-Maschine - maximal 23.000 Fuß (7.000 Meter). Am Heimflug waren es 24.000 Fuß. Wo die blaue Kurve unterbrochen ist, fehlen Höhendaten.

Der bescheidenen Flughöhe wegen blieb die Strahlungsdosis (rote Kurve) relativ bescheiden: Der Durchschnittswert lag in Reiseflughöhe bloß 7,4 mal über dem Bodenwert.

In Reiseflughöhe pendelte die Dosis beim Hinflug um 740 nSv/h, beim Heimflug um 820 nSv/h (das sind 0,82 uSv/h). Der etwas höhere Wert dürfte dem 330 m höheren Flightlevel geschuldet sein. Das zeigt aber auch, wie deutlich die Strahlung schon auf eine geringfügige Änderung der Flughöhe reagiert.

In die folgende Grafik gingen sämtliche Messungen beider Flüge ein. Sie zeigt die gemessene Strahlung in direkter Abhängigkeit zur Flughöhe. Jeder Punkt ist ein Messwert. Die vier dicken Punkte repräsentieren hingegen den Mittelwert einer ganzen Serie von Messungen - in Höhen, in denen sich die Maschine länger aufgehalten hat: Das war am Wiener und am Florentiner Airport sowie in den beiden maximal erreichten Reiseflughöhen der Fall.

Wie man sieht, nimmt die Strahlung mit steigender Höhe zunächst langsam, dann aber rasch zu: Ein wesentliches Merkmal der kosmischen Sekundärstrahlung. Immerhin nähern wir uns ihrem Entstehungsgebiet immer mehr!

Im Herbst 2017 flog ich neuerlich mit dem GMC 320Plus im Handgepäck. Auf der Route Wien - Pisa bekam die darin verbaute Geiger-Röhre im Mittel 20 bzw. 27 x mehr Treffer ab als am Boden - dank der maximalen Flughöhe von 35.000 Fuß (10.670 km).

Deutlich zu erkennen ist außerdem das kurzzeitige Verweilen der Maschine in 19.000 Fuß. Auch die kosmische Strahlung blieb hier relativ konstant und hielt beim gut Fünfachen des pisaner Bodenwerts. Gemessen wurde in Counts per Minute (CPM) an Bord eines A 320.

Auf dem kurzen Rückflug von Venedig nach Wien saß ich in einer Fokker 100. Diesmal fiel die maximale Flughöhe mit 29.000 Fuß (8.840 km) geringer aus. Entsprechend kletterte der CPM-Wert im Mittel nur auf das 14-fache des Bodenwerts, umgerechnet auf 1,38 uSv/h. Man beachte übrigens den rasanten Sinkflug.

Auf dem 2018 folgenden Flug von Wien nach Teneriffa (3.600 km, Kurs Südwest) stieg die Strahlung mit Erreichen der Reiseflughöhe deutlich - von knapp 14 auf 302 CPM. Das ist der 22-fache Bodenwert. Sie sank danach trotz der noch etwas steigenden Flughöhe langsam auf 235 CPM ab.

Wie kam es zu dieser bemerkenswerten Abnahme mit zunehmender Annäherung an die südlich gelegene Destination?

Beim Rückflug von Teneriffa nach Wien erreichte die Maschine sogar eine Höhe von 38.000 Fuß. Dort droben registrierte das genannte Messgerät im Schnitt 367 Treffer pro Minute (laut Umrechnungsfunktion 2.386 nSv/h). Das sind 27 mal mehr Treffer als zuvor am Boden. An Bord bekam man also alle 53 Minuten so viel Strahlung ab wie während eines ganzen Tags am Vorfeld des Wiener Airports.

Während der letzten 20 Minuten in Maximalhöhe wurde das Zählrohr sogar 381 pro Minute getroffen (2.477 nSv/h). Wir diskutieren dieses Phänomen weiter unten.

Ähnlich hohe Werte zeigte das Messgerät im Jahr 2023 auf dem Flug vom ägyptischen Hurghada nach Wien. Dabei stieg die Maschine zumindest zehn Minuten lang ebenfalls auf 38.000 Fuß. In dieser Zeit loggte der GMC 320 Plus einen Durchschnittswert von 342 CPM (laut Gerät: 2.223 nSv). Die Spitzenwerte lagen sogar um 400 CPM (2.600 nSv/h).

Zuvor, während des Hinflugs nach Hurghada (Strecke knapp 2.800 km, Kurs Südost) waren es in 37.000 Fuß durchschnittlich 246 geloggte Strahlungstreffer pro Minute gewesen.

Bei den vier Lang- bzw. Mittelstreckenflügen wird nach der Flughöhe offenbar noch ein zweiter, schwächerer Modulator sichtbar. In Mitteleuropa ist die Trefferzahl in allen vier Fällen höher als südöstlich (Hurghada) bzw. südwestlich (Teneriffa) davon.

Daher liegt die CPM-Kurve selbst während der konstanten Reiseflughöhe nicht ganz waagrecht. Vielmehr neigt sie sich "dem Süden zu".

Laut Literatur wirkt die kosmische Strahlung nahe der irdischen Magnetpole mehrfach so stark wie in der Äquatorregion. Ich war überrascht, diese Abhängigkeit von der magnetischen Breite de facto schon in Mitteleuropa, also recht fern der Magnetpole nachweisen zu können.

Wie valide sind meine Messungen? In der Literatur werden meist deutlich höhere Werte publiziert. So gibt die britische Civil Aviation Authority (CAA) bereits für 8.000 Meter Höhe (26.250 ft) eine Dosis von 3 uSv/h an.

Diese Höhe habe ich zu rasch passiert, um verlässlichere Messungen machen zu können. Allerdings hielt ich mich auf der Strecke Venedig-Wien ein paar Minuten lang in 29.000 ft auf - und loggte selbst da bloß 1,4 mSv.

Offenbar sind meine Ergebnisse untertrieben und erzählen wohl nur "die halbe Wahrheit". Näheres zu Messgerät und Messverfahren lesen Sie hier.