James Van Allen: Der Mann, der die unsichtbare Rüstung der Erde fand

Anfang 1958 verstummte der Geigerzähler an Bord des ersten amerikanischen Satelliten in der Höhe immer wieder. Die offensichtliche Schlussfolgerung war ein defektes Instrument, und das meldeten die Ingenieure auch. Der Physiker, der es gebaut hatte, widersprach. „Sie sagten uns, unser Instrument funktioniere nicht mehr“, erinnerte er sich. „Wir wussten es besser und erkannten, dass wir auf ein völlig neues Phänomen im Weltraum gestoßen waren.“ Der Zähler war nicht tot. Er war überlastet.

Mount Pleasant

James Alfred Van Allen wurde am 7. September 1914 auf einer Farm bei Mount Pleasant, Iowa, geboren – eine Herkunft, die er nie ablegte und für die er sich nie entschuldigte. Er machte 1935 seinen B.S. am Iowa Wesleyan College, dann 1936 einen M.S. und 1939 einen Ph.D. an der University of Iowa, wobei er in Kernphysik arbeitete. Nichts an seiner Laufbahn deutete darauf hin, dass er einmal einer permanenten Eigenschaft des Planeten seinen Namen geben würde.

Ein Krieg, in dem man Dinge robust machte

Ab 1940 arbeitete er am Annäherungszünder – einer Vorrichtung, mit der eine Flugabwehrgranate ihr Ziel erkennen und in der Nähe statt bei Kontakt detonieren konnte – unter dem National Defense Research Committee. 1942 wechselte er zum Applied Physics Laboratory bei Johns Hopkins, wo sein Problem brutal praktisch war: Vakuumröhren zerbrachen, wenn sie aus einem Geschützrohr abgefeuert wurden, und jemand musste dafür sorgen, dass die Elektronik die Beschleunigung einer Marinegranate überlebte.

Anschließend diente er von 1942 bis 1946 als Leutnant der U.S. Navy und verdiente sich vier Kampfsterne bei der Pazifikflotte. Es lohnt sich zu bemerken, was ihn dieses Jahrzehnt tatsächlich lehrte. Van Allen verbrachte seine prägenden Berufsjahre damit, zu lernen, wie man empfindliche Instrumente baut, die unter gewaltsamen Bedingungen funktionieren, und wie man interpretiert, was sie bei ihrer Rückkehr sagten. Genau das ist das Kompetenzspektrum, das die Weltraumphysik kurz darauf benötigen würde, und fast niemand sonst hatte es.

Ballons, Raketen und der Rockoon

Ab 1946 leitete er die Höhenforschung am Applied Physics Laboratory, organisierte Experimente an Bord erbeuteter deutscher V-2-Raketen und half bei der Entwicklung der Aerobee-Höhenforschungsrakete. Raketen waren knapp und teuer, also erfand er einen billigeren Weg nach oben: den Rockoon, eine kleine Rakete, die von einem Ballon in große Höhe getragen und von dort abgefeuert wurde, wodurch der dichteste Teil der Atmosphäre und der größte Teil der Treibstoffrechnung übersprungen wurden. Es war eine charakteristische Lösung – wenig glamourös, genial und angetrieben von der Tatsache, dass er mehr Daten als Hardware wollte.

1951 trat er in den Fachbereich Physik an der University of Iowa ein, wo er bis zu seiner Pensionierung 1985 blieb. Er baute eine der weltweit führenden Gruppen für Weltraumphysik in einem Bundesstaat auf, der eher für Mais bekannt ist.

Explorer 1

Das Internationale Geophysikalische Jahr 1957–58 war der Beginn des Weltraumzeitalters, und Van Allens Strahlungsdetektor flog auf Explorer 1, dem ersten amerikanischen Satelliten, und dann auf Explorer 3. Die Daten ergaben keinen Sinn. In geringer Höhe verhielt sich der Zähler normal; weiter oben meldete er gar nichts – kein schwaches Signal, sondern Null.

Van Allens Erkenntnis war, das Schweigen richtig zu lesen. Ein Instrument, das nichts meldet, kann defekt sein oder überlastet: gesättigt von mehr Strahlung, als es zählen sollte, und daher stumm. Er schlussfolgerte Letzteres und identifizierte dabei zwei riesige Gürtel aus geladenen Teilchen, die vom Magnetfeld der Erde eingefangen wurden und den Planeten umkreisten – die Strukturen, die sofort seinen Namen annahmen.

Er nannte es „die erste wissenschaftliche Entdeckung des Weltraumzeitalters“, und die Beschreibung trifft zu. Die Menschheit hatte ein Objekt über die Atmosphäre gebracht und sofort etwas über die Erde gelernt, das keine bodengestützte Beobachtung hätte enthüllen können. Es begründete auch eine Disziplin: Die Magnetosphärenphysik existierte vor Explorer 1 nicht in nennenswerter Weise und ist seitdem ein wichtiges Gebiet. Time ernannte ihn 1960 zum Mann des Jahres, eine ungewöhnliche Ehre für einen Professor mit einem Geigerzähler.

Hinaus zu den Planeten

Die Gürtel waren eher der Anfang als der Höhepunkt. Van Allen war als Hauptuntersuchungsleiter bei vierundzwanzig Weltraummissionen tätig, und seine Instrumente lieferten die ersten direkten Messungen der Magnetosphären von Jupiter und Saturn. Er leistete auch Pionierarbeit bei einer wirklich eleganten Technik: dem Lesen der Absorptionssignaturen geladener Teilchen, um Ringe und Monde zu entdecken, die nicht gesehen worden waren – indem er das Vorhandensein fester Körper aus den Schatten schloss, die sie in der Strahlungsumgebung eines Planeten warfen.

Der Dissident

In seinen späteren Jahrzehnten war er einer der prominentesten Kritiker der bemannten Raumfahrt und argumentierte konsequent, dass Robotermissionen weitaus mehr Wissenschaft pro Dollar lieferten. 2004 drückte er es mit charakteristischer Offenheit aus: „Die einzige überlebende Motivation für die Fortsetzung der bemannten Raumfahrt ist die Ideologie des Abenteuers.“ Da dies von dem Mann kam, der die erste Entdeckung des Weltraumzeitalters gemacht hatte, war dies für die NASA unangenehm und unmöglich zu ignorieren.

Die Anerkennung häufte sich ungeachtet dessen: Wahl in die National Academy of Sciences 1959, Präsidentschaft der American Geophysical Union von 1982 bis 1984, National Medal of Science 1987, Crafoord-Preis 1989 und Vannevar Bush Award 1991. Er starb am 9. August 2006 im Alter von einundneunzig Jahren an Herzversagen.

Warum James als Genie bezeichnet wird

Die spezifische Qualität, die 1958 gezeigt wurde, war nicht Berechnung, sondern interpretatorischer Mut – die Bereitschaft, einem physikalischen Argument mehr zu vertrauen als einer offensichtlichen institutionellen Erklärung. Jeder konnte sehen, dass der Zähler verstummt war. Die Standardlesart war ein Gerätefehler, und das war die Lesart, die kein berufliches Risiko barg. Van Allen überlegte stattdessen, was ein gesättigter Detektor tun würde, schlussfolgerte, dass das Schweigen selbst das Signal war, und behauptete eine große Entdeckung auf der Grundlage von Daten, die wie eine Fehlfunktion aussahen. Das ist eine seltene Form wissenschaftlicher Intelligenz: sein Instrument so genau zu kennen, dass man ein kaputtes von einem erstaunten unterscheiden kann.

Es war erarbeitet, nicht angeboren. Die Arbeit am Annäherungszünder und die V-2- und Rockoon-Programme bedeuteten, dass er zwanzig Jahre damit verbracht hatte, Detektoren zu bauen und ihre Fehlermodi zu lesen. Die Erkenntnis war die Auszahlung einer sehr unmodischen Art von Fachwissen.

Das Gegenargument ist es wert, ausgesprochen zu werden. Van Allen war kein Theoretiker; er schlug keinen tiefgreifenden Rahmen vor, und die Physik der eingefangenen Teilchen wurde von anderen wesentlich ausgearbeitet. Die Entdeckung hing auch davon ab, am richtigen Ort zu sein – die amerikanische Satelliteninstrumentierung war 1958 ein extrem kleiner Club, und jemand, der einen Strahlungszähler flog, würde die Gürtel früher oder später wahrscheinlich finden. Was ihm wirklich gehört, ist das experimentelle Design, das Instrument, das richtige Lesen mehrdeutiger Daten und dann fünf weitere Jahrzehnte erstklassiger Arbeit an Jupiter und Saturn, die niemand dem Glück zuschreibt.

Vermächtnis

Die Gürtel tragen seinen Namen, was die seltenste Art von Denkmal ist: ein permanentes Merkmal der Erde, benannt nach dem Jungen von der Farm in Iowa, der es bemerkte. Er gab der Planetenwissenschaft ihr grundlegendes Ergebnis und verbrachte dann fünfzig Jahre damit, leise zu argumentieren, dass es bei der Raumfahrt darum gehe, etwas zu lernen. Die Gürtel bleiben eine praktische Einschränkung für jeden Satelliten und jede bemannte Mission, die den niedrigen Erdorbit verlässt – ein Stück des Planeten, von dem niemand wusste, dass es dort war, bis ein Instrument verstummte und ein Mann sich weigerte zu glauben, es sei defekt.