Geschichte der Meteorologie − Teil 18: Aerologie im 18. und 19. Jahrhundert

Das heutige Thema des Tages widmet sich der meteorologischen Erforschung der höheren Atmosphärenschichten. Dabei kamen im 18. und 19. Jahrhundert neben Drachen Ballone zum Einsatz.

Nach den letzten Themen des Tages zur Geschichte der Meteorologie, die sich der Bildung nationaler meteorologischer Institutionen in ausgewählten Ländern widmeten, wird im heutigen Teil der Serie die Entwicklung der Meteorologie in höheren Atmosphärenschichten im 18. und 19. Jahrhundert beleuchtet.

Erste Messungen mit Drachen und Ballons

Erste wissenschaftliche Messungen mit Drachen wurden 1749 in Camlachie bei Glasgow in Schottland durchgeführt. Der britische Pharmazeut, Astronom und Mathematiker Alexander Wilson (1714−1786) und der britische Physiker und Naturphilosoph Thomas Melvill oder Thomas Melville (1726−1753) untersuchten mittels eines Drachengespanns und verschiedener Thermometer die Temperatur in Höhenbereichen bis 1000 Meter oberhalb der Erdoberfläche.

1752 folgte der berühmte Drachenaufstieg von Benjamin Franklin (1706−1790), Naturwissenschaftler, Erfinder und Staatsmann aus Neuengland, der im Teil 9 der Serie „Geschichte der Meteorologie“ beschrieben ist. Dadurch sah er seine Hypothese über die Luftelektrizität bestätigt.

Nach den viel älteren Fesseldrachen, die teils auch bemannt waren, gilt der Heißluftballon als ältestes Luftfahrzeug. Als Erfinder gelten die Brüder Montgolfier, die beiden französischen Erfinder Joseph Montgolfier (1740−1810) und Étienne Montgolfier (1745−1799). Daher werden Heißluftballone auch Montgolfière genannt. Die ersten Ballonfahrten fanden 1783 bei Paris statt: Die erste war unbemannt, die zweite mit Tieren, die dritte schließlich bemannt.

Der Arzt und Luftfahrtpionier John Jeffries (1744−1819) aus Neuengland und der französische Ballonfahrer Jean-Pierre Blanchard (1753−1809) machten während eines gemeinsamen Ballonaufstiegs 1784 Beobachtungen zur Atmosphäre. Sie stellten fest, dass die Temperatur mit zunehmender Höhe abnahm: von 11 °C am Boden auf −2 °C in 9000 Fuß, also etwa 2750 Metern, Höhe. Außerdem verzeichneten sie einen stetigen Druckabfall mit zunehmender Höhe und große Schwankungen der Luftfeuchtigkeit während des Aufstiegs. Jeffries hatte zuvor 1774 begonnen, in Boston regelmäßige Wetterbeobachtungen durchzuführen.

Der französische Physiker und Luftfahrer Jacques Alexandre César Charles (1746−1823) führte 1783 die ersten beiden bemannten Aufstiege in einem Wasserstoffballon, einer nach ihm benannten Charlière, durch. Beim zweiten Aufstieg führte er Messungen durch. Sein Barometer fiel um etwa 23 Zentimeter, und die Temperatur sank von 10 °C am Boden auf −7 °C in der höchsten erreichten Höhe von etwa 3450 Metern. Im Jahr 1787 erkannte Charles den Zusammenhang zwischen dem Volumen eines Gases und seiner Temperatur: Bei konstantem Druck ist das Volumen einer festen Gasmenge proportional zur absoluten Temperatur. Er veröffentlichte diese Arbeit jedoch nie.

Wissenschaftliche Ballonfahrten zu Beginn des 19. Jahrhunderts

Der russische Chemiker und Luftfahrtpionier Jakow Dmitrijewitsch Sacharow oder Yakov Zakharov (1765−1836) führte 1804 den von der Kaiserlich-Russischen Akademie der Wissenschaften organisierten weltweit ersten wissenschaftlichen Flug mit einem Forschungsprogramm durch – eine Ballonfahrt. Der Zweck bestand darin, den Zustand der Atmosphäre in Abhängigkeit von der Höhe zu untersuchen. Sacharow entnahm Luftproben und untersuchte die Schallausbreitung, die Aufladung von Gegenständen und das Verhalten einer Magnetnadel. Im Vergleich zu Bodenmessungen stellte er dabei keine Unterschiede fest. Darüber hinaus wurden die üblichen meteorologischen Eigenschaften der Luft gemessen. Er beobachtete, dass sich der Nordostwind in Bodennähe in einer bestimmten Höhe allmählich in Ostwind verwandelte. Dies steht im Einklang mit dem erst viel später abgeleiteten Gesetz über die Änderung der Windrichtung mit der Höhe in der Grenzschicht der Atmosphäre.

Der französische Chemiker, Physiker und Aeronaut Joseph Louis Gay-Lussac (1778−1850) leitete 1802 unter Bezugnahme auf ältere Arbeiten die Beziehung zwischen dem Volumen eines Gases und seiner Temperatur neu her und veröffentlichte sie. Bei konstantem Druck ist das Volumen proportional zur absoluten Temperatur; dieser Zusammenhang wird im Deutschen häufig als Gesetz von Gay-Lussac und international oft als Charles’s Law bezeichnet. Davon zu unterscheiden ist der Druck-Temperatur-Zusammenhang bei konstantem Volumen.

1804 sicherte die französische Akademie der Wissenschaften die Finanzierung eines Ballonflugs zu, bei dem atmosphärische Messungen durchgeführt werden sollten, um festzustellen, wie sich die Zusammensetzung der Atmosphäre mit der Höhe verändert. Am 24. August desselben Jahres stiegen Gay-Lussac und der französische Physiker und Mathematiker Jean-Baptiste Biot (1774−1862) in einem Ballon über Paris auf etwa 4000 Meter Höhe. Das Hauptziel war festzustellen, ob das Erdmagnetfeld mit der Höhe abnimmt. Sie bemerkten keine offensichtlichen Veränderungen im Magnetfeld, während der Ballon aufstieg. Außerdem stellten sie fest, dass die Luft mit zunehmender Höhe trockener wurde und die Temperatur sank.

Am 6. September desselben Jahres stieg Gay-Lussac allein auf fast 7000 Meter. Luftproben aus dieser Höhe wiesen bei der späteren Analyse denselben Sauerstoffanteil auf wie die Luft an der Erdoberfläche. Die Temperatur betrug am Boden 28 °C und in 7000 Metern Höhe nur noch −10 °C. Gay-Lussac bemerkte, dass sich am höchsten Punkt des Fluges noch immer Wolken über ihm befanden. Ende 1804 formulierte er zudem einen Zusammenhang, der als Gay-Lussacs Gesetz der Volumenverhältnisse bekannt wurde. Es besagt, dass bei der Verbindung von Gasen zu anderen Gasen das Verhältnis der Volumina der Ausgangsgase zu denen der Produkte als ganze Zahlen ausgedrückt werden kann, sofern alle Volumina bei gleicher Temperatur und gleichem Druck gemessen werden.

Rekordfahrten und systematische Messprogramme

Der britische Aeronaut Charles Green (1785−1870) unternahm etwa 500 Aufstiege in verschiedenen Ballons. In den frühen 1830er-Jahren bemerkte er bei einigen Fahrten einen scheinbar beständigen Westwind in rund 10.000 Fuß, etwa 3050 Metern, Höhe. Ihm wurde klar, dass ein solcher Wind einen Ballon bis zum europäischen Festland tragen könnte. Um diese Idee zu testen, startete er am 7. November 1836 mit zwei Passagieren an Bord seines Ballons „Royal Vauxhall“ von London aus. Der erfolgreiche Flug legte etwa 770 Kilometer zurück und endete nach 18 Stunden in Weilburg im damaligen Hessen-Nassau. Für die damalige Zeit war dies ein Rekordballonflug.

Auf Beschluss des Observatoriums Kew von 1852 sollten die meteorologischen und physikalischen Eigenschaften der oberen Atmosphäre durch Ballonfahrten untersucht werden, bei denen Beobachter und Instrumente in die Höhe befördert wurden. Green stellte dafür seinen umbenannten Ballon „Nassau“, die frühere „Royal Vauxhall“, bereit. Der britische Meteorologe John Welsh (1824−1859) vom Observatorium Kew wurde als Beobachter ausgewählt.

Zum Instrumentarium gehörten ein Barometer, Trocken- und Feuchtthermometer mit und ohne Luftzufuhr sowie ein Regnault-Hygrometer. Die Thermometer mit Luftzufuhr stammten aus Welshs eigener Konstruktion und gehörten zu den frühesten Instrumenten dieser Art. Green und Welsh unternahmen vier Aufstiege, zwei im August sowie je einen im Oktober und November 1852. Die geschätzten Höchsthöhen betrugen 19.510, 19.100, 12.640 beziehungsweise 22.930 Fuß, also maximal etwa 7000 Meter. Die beobachteten Mindesttemperaturen lagen bei 8,7, 12,4, 16,4 und 10,5 Grad Fahrenheit.

In den oberen Schichten entnahmen sie Luftproben und verglichen sie später mit bodennaher Luft. Dabei blieben die relativen Anteile von Stickstoff und Sauerstoff von der Oberfläche bis in die Höhe unverändert. Insgesamt nahm die Temperatur mit zunehmender Höhe ab, obwohl sie in einigen Fällen in einer relativ dünnen, 2000 bis 3000 Fuß beziehungsweise 600 bis 1000 Meter mächtigen Schicht konstant blieb oder sogar anstieg.

Der britische Marineoffizier und Polarforscher Sir William Edward Parry (1790−1855) unternahm mehrere Arktis-Expeditionen auf der Suche nach der Nordwestpassage. Während seiner zweiten Expedition von 1821 bis 1823 musste er im Norden der Hudson Bay zweimal überwintern. Bei der zweiten Überwinterung auf der Insel Iglulik befestigte er ein Thermometer an einem Drachen, um die Temperatur in der Höhe zu messen.

Wise, Glaisher und Coxwell: Forschung unter Extrembedingungen

Der US-amerikanische Aeronaut John Wise (1808−1879) unternahm etwa 470 Ballonfahrten zur Erforschung der Atmosphäre. Bei einem Flug im Juni 1843 geriet er in ein Gewitter. Unter einer großen, dunklen Wolke wurde er von einem aufsteigenden Wirbel erfasst, der den Ballon heftig drehen und schwanken ließ. Die Kälte nahm zu, an der Takelage bildete sich Eis, und der unkontrollierte Aufstieg setzte sich fort. Der Ballon wurde schließlich aus der Aufwindströmung herausgeschleudert und fiel rasch ab, geriet danach aber erneut in den Aufwind. Wise stieg und sank auf diese Weise mehrmals.

Seine Beobachtungen aus zahlreichen Flügen ließen ihn auf eine regelmäßige Luftströmung von Westen nach Osten in den oberen Atmosphärenschichten schließen. Er schätzte deren Geschwindigkeit auf 20 bis 60 Meilen pro Stunde, abhängig von der Höhe, und hielt eine Atlantiküberquerung mit einem von dieser Strömung getragenen Ballon für möglich. Wise wird außerdem die erste Beförderung von Luftpost zugeschrieben: 1859 soll er im US-Bundesstaat Indiana Briefe und Postwurfsendungen per Ballon befördert haben.

Der britische Meteorologe und Aeronaut James Glaisher (1809−1903) wurde vor allem durch seine wissenschaftlichen Ballonfahrten von 1862 bis 1866 bekannt. Er leitete die Abteilung für Magnetismus und Meteorologie am Greenwich-Observatorium und etablierte dort regelmäßige Wetterbeobachtungen. 1845 veröffentlichte er Taupunkttabellen zur Messung der Luftfeuchtigkeit. Danach sammelte er für die Londoner „Daily News“ Wetterdaten aus ganz Großbritannien und baute dafür ein Netzwerk von Amateur-Wetterbeobachtern auf. Ab dem 31. August 1848 erschienen daraus hervorgegangene Wetterberichte im „Daily Weather Report“. 1851 veröffentlichte Glaisher die ersten britischen Wetterkarten auf Grundlage von Meldungen über das neue Telegraphensystem.

Die British Association for the Advancement of Science beschloss 1859, wissenschaftliche Beobachtungen in den oberen Atmosphärenschichten mit Ballonaufstiegen zu erproben. Der zuständige Ausschuss schloss 1861 einen Vertrag mit dem britischen Aeronauten Henry Coxwell (1819−1900), der Ballon und Pilotendienste bereitstellte. Glaisher wirkte als Beobachter mit. Die Hauptziele waren Temperatur- und Feuchtigkeitsprofile bis in größtmögliche Höhen. Weitere Aufgaben umfassten den Vergleich unterschiedlicher Barometer und Hygrometer, Messungen zum elektrischen Zustand und Sauerstoffgehalt der Luft, magnetische Beobachtungen, Luftproben, Windströmungen, Wolken und Schall.

Der erste Aufstieg erfolgte am 17. Juli 1862 vom Gaswerk in Wolverhampton. Glaisher und Coxwell unternahmen insgesamt 28 Aufstiege, den letzten am 26. Mai 1866. Sieben davon waren Höhenflüge. Bei der berühmten Fahrt am 5. September 1862 stiegen sie auf mindestens 28.000 Fuß, etwa 8800 Meter. Glaisher verlor durch Sauerstoffmangel das Bewusstsein. Coxwells Hände waren durch die Kälte unbrauchbar geworden; er konnte das Wasserstoffventil schließlich mit den Zähnen betätigen und so den Abstieg einleiten. Der Flug stellte einen Höhenrekord auf.

Weitere Pioniere in den USA und Russland

Der US-amerikanische Aeronaut Thaddeus Lowe (1832−1913) führte während seiner Ballonfahrten Wetterbeobachtungen durch. Wie sein Landsmann Wise war Lowe davon überzeugt, dass ein transatlantischer Ballonflug aufgrund beständiger Westwinde in der oberen Atmosphäre möglich sei. Die Richtung aus West war jedoch nicht so regelmäßig wie angenommen. Im April 1861, kurz nach Ausbruch des Amerikanischen Bürgerkriegs, stieg Lowe in Cincinnati im Bundesstaat Ohio auf und hoffte, irgendwo im Osten an der US-Ostküste anzukommen. Tatsächlich trugen ihn die Winde nach Südosten bis nach South Carolina, damals Teil der Konföderierten Staaten. Dort wurde er als Spion der Union verhaftet, aber bald wieder freigelassen.

Der russische Chemiker Dmitri Iwanowitsch Mendelejew oder Dmitrij Ivanovič Mendeleev (1834−1907) ist als „Vater“ des Periodensystems bekannt. Er war zudem wissenschaftlicher Berater der russischen Regierung und leitete von 1892 bis zu seinem Lebensende das russische Amt für Maße und Gewichte. Mendelejew beschäftigte sich auch mit Meteorologie. Ab 1871 untersuchte er Gase und hoffte, durch detaillierte Studien ihrer Kompressibilität und Ausdehnbarkeit die Existenz eines universellen Äthers nachzuweisen. Er nahm an, atmosphärische Gase würden sich ab einer bestimmten Höhe nicht weiter ausdehnen und dort die Grenze zwischen Atmosphäre und Äther markieren. Diese Experimente blieben erfolglos.

Anschließend untersuchte Mendelejew Gase im „natürlichen Labor“ der Erdatmosphäre. Er vermutete eine Wärmequelle in der oberen Atmosphäre und hielt die Temperaturänderung in verschiedenen Luftschichten für entscheidend zum Verständnis des Wetters. Da direkte Beobachtungen vom Boden aus nicht möglich waren, plante er wissenschaftliche Ballonflüge, erhielt zunächst aber keine Finanzierung. In der 1880 gegründeten Sektion für Aerostatik der Russischen Technischen Gesellschaft konnte er schließlich an Ballonflügen teilnehmen. 1887 führte er während einer Sonnenfinsternis Messungen von einem Ballon aus durch. Der Ballon startete in Klin bei Moskau und erreichte 3350 Meter Höhe.

Der russische Meteorologe Michail Alexandrowitsch Rykatschew (1841−1919) führte am Zentralen Geophysikalischen Observatorium in Sankt Petersburg aerologische Messungen mit einem Ballon durch. Er verwendete ein Thermometer mit spiralförmigem Behälter, das schneller auf die Umgebungstemperatur reagierte. Seinen ersten Flug unternahm er am 21. Mai 1868.

Besonders interessant war der Flug vom 1. Juni 1873. Der Ballon startete von einer Wiese nahe der Militärschule Pawlow in Sankt Petersburg und erreichte 4046 Meter über dem Meeresspiegel; dort betrug die Temperatur −8 °C. Zunächst wurde der Ballon nach Westen getragen und kehrte dann nach Südosten zurück. Aufgrund dieser Umkehr blieb er in Stadtnähe und konnte mit Theodoliten aus Pulkowo, Kronstadt und Sankt Petersburg verfolgt werden. Dadurch ließen sich Flughöhe und Windgeschwindigkeit berechnen sowie Rykatschews visuelle Geschwindigkeitsbestimmungen überprüfen.

Rykatschew arbeitete außerdem an der Neuorganisation des Netzes lokaler Wetterbeobachtungsstationen. 1876 wurde er für Sturmwarnungen zuständig, 1896 zum Direktor des Zentralen Geophysikalischen Observatoriums ernannt. Neben der Meteorologie befasste er sich mit Hydrologie und führte 1897 das erste öffentliche Warnsystem an der Newa ein, besonders wichtig für Sankt Petersburg. Er verfeinerte die hypsometrische Gleichung von Laplace, die den Zusammenhang zwischen atmosphärischem Druck und geometrischer Höhe beschreibt. 1904 und 1905 nutzte er Drachen, um Instrumente für Messungen in Pawlowsk bei Sankt Petersburg in die Höhe zu bringen.

Flammarion und Tissandier

Der französische Astronom Camille Flammarion (1842−1925) befasste sich auch mit Klimatologie und Meteorologie. Er untersuchte den Einfluss der Sonne auf die Erde und den elfjährigen Sonnenzyklus. 1867 und 1868 unternahm er mit dem bekannten französischen Aeronauten Eugène Godard (1827−1890) acht wissenschaftliche Ballonfahrten über Paris. Er sammelte ähnliche Beobachtungen wie Glaisher, obwohl der Ballon nur geringe Höhen erreichte. In seinem Buch „L’Atmosphère“ veröffentlichte Flammarion eine Sammlung von 50 Berichten über Kugelblitze. Das Werk behandelte verschiedene Themen der Atmosphäre in journalistischem und populärwissenschaftlichem Stil. Glaisher gab die englische Fassung heraus, die 1873 in London erschien.

Das große Interesse an der Meteorologie veranlasste den französischen Chemiker und Meteorologen Gaston Tissandier (1843−1899), Ballonfahrer zu werden. Bei seiner ersten Fahrt 1868 von Calais aus trieb er zunächst über das Meer, geriet dann aber in eine gegenläufige Luftströmung, die ihn zurück an Land brachte. In den 1870er-Jahren unternahm er zahlreiche Aufstiege mit seinem Ballon „Zénith“.

Vom 23. bis 24. März 1875 stiegen Tissandier, sein Bruder, der französische Architekt und Luftschiffer Albert Tissandier (1839−1906), und mehrere Kollegen auf. Sie wollten meteorologische Beobachtungen durchführen und führten Thermometer, Barometer und Taupunkt-Hygrometer mit. Luftdruck, Temperatur und Wetter entlang der Flugbahn wurden auf Formularen notiert, die man über Bord warf – in der Hoffnung, sie würden geborgen und nach Paris weitergeleitet. Während des Fluges erreichte der Ballon 1100 Meter Höhe.

Am 15. April 1875 kam es zur Katastrophe: Gaston Tissandier stieg mit zwei Kollegen bis auf 8600 Meter auf. Seine Kollegen starben in der dünnen Luft, Tissandier überlebte, wurde infolge des Fluges jedoch taub. Er publizierte mehrere Berichte über seine Ballonfahrten und gründete das wissenschaftliche Magazin „La Nature“, das er bis 1896 herausgab. Während einer Fahrt 1873 beobachtete er das optische Phänomen der „Glorie“ und veröffentlichte eine Zeichnung davon in seinem 1887 erschienenen Buch „Histoire de mes ascensions“. Anfang der 1880er-Jahre wandten sich die Brüder Tissandier steuerbaren Luftschiffen mit einem von einem kleinen Elektromotor angetriebenen Propeller zu. 1883 gelang ihnen ein erfolgreicher Flug mit einem solchen Elektroluftschiff.

Die Serie „Geschichte der Meteorologie“ wird fortgesetzt. Der nächste Teil widmet sich unter anderem der Entwicklung der Telegraphie, mit der meteorologische Beobachtungen und Daten erstmals rasch über große Distanzen verbreitet werden konnten.

Dipl.-Met. Markus Eifried
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 10.10.2026
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Quelle: Deutscher Wetterdienst – Thema des Tages vom 10.10.2026. DWD-Text unter CC BY 4.0, redaktionell bearbeitet: Zwischenüberschriften und Absätze ergänzt, Schreibweise vereinheitlicht und Formulierungen gestrafft; den Zusammenhang von Gasvolumen und Temperatur bei konstantem Druck fachlich präzisiert; das Datum der bekannten Höhenfahrt von Glaisher und Coxwell anhand des Met Office von Juli auf den 5. September 1862 korrigiert. Eine historische DWD-Abbildung aus einer gemeinfreien Rijksmuseum-Vorlage lokal gespeichert und skaliert; vollständiger Bildnachweis an der Abbildung.