Wer war Robert William Wood?

Robert Williams Wood wurde am 2. Mai 1868 geboren, war einer der führenden Experimentalphysiker seiner Zeit, war ein Pionier der Infrarot- und Ultraviolettfotografie – insbesondere Erfinder der ersten UV-Photographie, veröffentlichte zahlreiche wissenschaftliche Artikel über Spektroskopie, Phosphoreszenz, Beugung und ultraviolettes Licht, wurde 1901 mit erst 33 Jahren Vollzeitprofessor für optische Physik an der Johns Hopkins University. 1938 ging er offiziell in den Ruhestand und wurde anschließend zum Forschungsprofessor ernannt, eine Position, die er bis zu seinem Todam 11. August 1955 innehatte.

Der französischer Physiker Prosper-René Blondlot hatte 1891 als erster die Geschwindigkeit von Radiowellen gemessen. Der von ihm ermittelte Durchschnittswert von 297.600 km/s liegt weniger als 1 % unterhalb des heute gültigen Werts für die Lichtgeschwindigkeit. Damit bestätigte er die Theorie von James Clerk Maxwell, dass es sich bei Licht um elektromagnetische Wellen handelt. Außerdem wies er zusammen mit Ernest Bichat durch Messung nach, dass die elektrische Spannung innerhalb eines Leiters mit annähernd Lichtgeschwindigkeit übertragen wird.

Im Jahr 1903 verkündete Blondlot die Entdeckung einer neuen Form von Strahlung, welche der Röntgenstrahlung ähnelt, die er „N-Strahlen“ nannte. In den folgenden Jahren erschienen fast 300 wissenschaftliche Artikel von über 100 Autoren zu dem Thema. Einige Physiker berichteten, dass sie seine Experimente erfolgreich reproduzieren konnten, andere gaben an, dass sie das Phänomen nicht beobachten konnten. Im Jahr 1904 besuchte Wood im Auftrag der Zeitschrift Nature das Labor von Blondlots. Während einer Vorführung entfernte er unbemerkt ein wichtiges Prisma aus Blondlots Aufbau. Da von diesem der angebliche Effekt dennoch festgestellt wurde, war nachgewiesen, dass die N-Strahlen eine Selbsttäuschung Blondlots waren.

1909 veröffentlichte das „The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science“ („Das Londoner, Edinburgher und Dubliner Philosophische Magazin und Wissenschaftliche Journal“ in Serie 6, Band 17, Ausgabe 98 auf den Seiten 319 bis 320 den Artikel „XXIV. Note on the theory of the greenhouse“ („XXIV. Anmerkung zur Theorie des Treibhauses“) von Professor R. W. Wood. Dieser lautet vollständig:

„Es scheint einen weit verbreiteten Glauben zu geben, dass die vergleichsweise hohe Temperatur, die innerhalb eines geschlossenen Raumes entsteht, der mit Glas bedeckt und der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, aus einer Umwandlung der Wellenlänge resultiert. Das heißt: Dass die Wärmewellen von der Sonne, die das Glas durchdringen können, auf die Wände des Gehäuses treffen und deren Temperatur erhöhen; dass die Wärmeenergie von den Wänden in Form viel längerer Wellen wieder abgegeben wird, die das Glas nicht durchdringen können, wobei das Gewächshaus als eine Strahlungsfalle wirkt.

Ich habe immer gewisse Zweifel gehabt, ob dieser Vorgang irgendeinen bedeutenden Anteil an der Temperaturerhöhung hat. Es erschien viel wahrscheinlicher, dass die Rolle des Glases darin besteht, das Entweichen der warmen Luft zu verhindern, die durch den Boden im Inneren des Gehäuses erwärmt wird. Wenn wir an einem kalten und windigen Tag die Türen eines Gewächshauses öffnen, scheint die Wirkung der Strahlungsfalle einen großen Teil ihrer Wirksamkeit zu verlieren. Tatsächlich bin ich der Meinung, dass ein Gewächshaus, das aus einem Glas hergestellt ist, das für Wellen jeder beliebigen Länge durchsichtig wäre, eine Temperatur zeigen würde, die nahezu – wenn nicht vollständig – so hoch wäre wie die eines gewöhnlichen Glashauses. Die durchsichtige Scheibe lässt die Sonnenstrahlung den Boden erwärmen, und der Boden erwärmt im Gegenzug die Luft – jedoch nur die begrenzte Luftmenge innerhalb des Gehäuses. Im „Freien“ dagegen wird der Boden durch Konvektionsströmungen ständig mit kalter Luft in Kontakt gebracht.

Um die Sache zu prüfen, konstruierte ich zwei Gehäuse aus tiefschwarzem Karton, eines bedeckt mit einer Glasplatte, das andere mit einer gleich dicken Platte aus Steinsalz. Der Kolben eines Thermometers wurde in jedes Gehäuse eingeführt und das Ganze in Baumwolle eingepackt, mit Ausnahme der durchsichtigen Platten, die frei lagen. Bei Bestrahlung durch Sonnenlicht stieg die Temperatur allmählich auf 65 °C; dabei lag das Gehäuse mit der Steinsalzplatte etwas voraus, aufgrund der Tatsache, dass es die längeren Wellen der Sonne durchließ, die vom Glas zurückgehalten wurden. Um dieser Wirkung vorzubeugen, wurde das Sonnenlicht zuerst durch eine Glasplatte geleitet.

Nun bestand kaum noch ein Unterschied von einem Grad zwischen den Temperaturen der beiden Gehäuse. Die maximale erreichte Temperatur betrug etwa 55 °C. Aufgrund unseres Wissens über die Energieverteilung im Spektrum der Strahlung, die von einem Körper bei 55 °C emittiert wird, ist klar, dass die Steinsalzplatte praktisch die gesamte Strahlung durchlassen kann, während die Glasplatte sie vollständig zurückhält. Das zeigt uns, dass der Temperaturverlust des Bodens durch Strahlung sehr gering ist im Vergleich zum Verlust durch Konvektion; mit anderen Worten, dass wir nur sehr wenig aus dem Umstand gewinnen, dass die Strahlung eingefangen wird.

Ist es daher notwendig, der eingefangenen Strahlung große Bedeutung beizumessen, wenn wir die Temperatur eines Planeten ableiten, wie sie von seiner Atmosphäre beeinflusst wird? Die Sonnenstrahlen dringen in die Atmosphäre ein, erwärmen den Boden, der wiederum die Atmosphäre durch Kontakt und Konvektionsströmungen erwärmt. Die empfangene Wärme wird so in der Atmosphäre gespeichert und bleibt dort wegen des sehr geringen Strahlungsvermögens eines Gases. Es erscheint mir sehr zweifelhaft, dass die Atmosphäre in nennenswertem Maße durch die Absorption der vom Boden kommenden Strahlung erwärmt wird, selbst unter den günstigsten Bedingungen.

Ich behaupte nicht, mich sehr tiefgehend mit der Sache befasst zu haben, und veröffentliche diesen Hinweis lediglich, um darauf aufmerksam zu machen, dass die eingefangene Strahlung in den tatsächlichen Fällen, die wir kennen, anscheinend nur eine sehr geringe Rolle spielt.“

Original

„There appears to be a widespread belief that the comparatively high temperature produced within a closed space covered with glass, and exposed to solar radiation, results from a transformation of wave-length, that is, that the heat waves fi-om the sun, which are able to penetrate the glass, fall upon the walls of the enclosure and raise its temperature: the heat energy is re-emitted by the walls in the form of much longer waves, which are unable to penetrate the glass, the greenhouse acting as a radiation trap.

I have always felt some doubt as to whether this action played any very large part in the elevation of temperatm’e. It appeared much more probable that the parL played by the glass was the prevention of the escape of the warm air heated by the ground within the enclosure. If we open the doors of a greenhouse on a cold and windy day, the trapping of radiation appears to lose much of its efficacy. As a matter of fact I am of the opinion that a greenhouse made of a glass transparent to waves of every possible length would show a temperature nearly, if not quite, as high as that observed in a glass house. The transparent screen allows the solar radiation to warm the ground, and the ground in turn warms the air, but only the limited amount within the enclosure. In the ‚open,‘ the ground is continually brought into eontact with cold air by convection currents.

To test the matter I constructed two enclosures of dead black cardboard, one covered with a glass plate, the other with a plate of rock-salt of equal thickness. The bulb of a thermometer was inserted in each enclosure and the whole packed in cotton, with the exception of the transparent plates which were exposed. When exposed to sunlight the temperature rose gradually to 65° C., the enclosure covered with the salt plate keeping a little ahead of the other, owing to the fact that it transmitted the longer waves from the sun, which were stopped by the glass. In order to eliminate this action the sunlight was first passed through a glass plate.

There was now scarcely a difference of one degree between the temperatures of the two enclosures. The maximum temperature reached was about 55° C. From what we know about the distribution of energy in the spectrum of the radiation emitted by a body at 55°, it is clear that the rocksalt plate is capable of transmitting practically all of it, while the glass plate stops it entirely. This shows us that the loss of temperature of the ground by radiation is very small in comparison to the loss by convection; in other words that we gain very litLle from the circumstance that the radiation is trapped.

Is it therefore necessary to pay much attention to trapped radiation in deducing the temperature of a planet as affected by its atmosphere? The solar rays penetrate the atmosphere, warm the ground which in turn warms the atmosphere by contact and by convection currents. The heat received is thus stored up in the atmosphere, remaining there on account of the very low radiating power of a gas. It seems to me very doubtful if the ntmosphere is warmed to any great extent by absorbing the radiation from the ground, even nuder the most favourable conditions.

I do not pretend to have gone very deeply into the matter, and publish this note merely to draw attention to the fact that trapped radiation appears to play but a very small part in the actual cases with which we are familiar.“

Damit war die Treibhauseffekt-Hypothese experimentell widerlegt und wurde, soweit bekannt, von keinem Wissenschaftler mehr weiter verfolgt. Allerdings nur für etwa 30 Jahre.