Es ist ein beschaulicher Freitagabend im November 1895, die Räume des physikalisch-technischen Instituts der Universität Würzburg sind verlassen. Nur in einem eigens abgedunkelten Zimmer tüftelt der Physiker Wilhelm Röntgen vor sich hin. Er experimentiert an einem Gerät, das ein unerklärliches Leuchten von sich gibt. Röntgen weiß noch nicht, dass in der Kathodenstrahlröhre, die er da vor sich hat, geladene Teilchen, genauer gesagt Elektronen, beschleunigt werden. Die strahlen das Licht ab, das er beobachtet. Doch nicht nur das: Auch wenn Röntgen das sichtbare Licht abdeckt, leuchtet ein mit Fluoreszenzfarbe beschichtetes Blatt Papier. Das kann nur eines heißen: Es muss noch eine andere, unsichtbare Art von Strahlung im Spiel sein. Der Physiker findet schnell heraus,
dass diese Strahlung Fotoplatten belichtet und nimmt das erste Röntgenbild der Geschichte auf. Das Motiv: Die Hand seiner Frau Bertha. Während sich Wilhelm über die gelungene Aufnahme freut, zeigt sich Bertha entsetzt beim Anblick ihrer eigenen Knochen: „Ich habe meinen Tod gesehen.“ Die beiden ahnen jedoch nicht, dass diese Aufnahme indirekt zu einer weiteren bahnbrechenden Entdeckung führt.
Der französische Physiker Antoine Henri Bequerel macht sich im Jahr 1896 daran, die Röntgenstrahlung besser zu verstehen. Bei seinen Experimenten verwendet er ebenfalls Fotoplatten, auf denen er eines Tages durch Zufall ein Stück Uransalz liegen lässt, das prompt die Platten schwärzt – die Radioaktivität ist entdeckt. Dem Physikerpaar Pierre und Marie Curie gelingt es, die radioaktive Strahlung genauer zu untersuchen. Dazu nutzen sie ein sogenanntes Elektrometer, also ein Gerät, das die Leitfähigkeit von Luft misst. Wenn ein radioaktiver Zerfall stattfindet, haben die umliegenden Luftteilchen nämlich nichts zu lachen: Wegen der enormen Energie, die bei dem Zerfall frei wird, kann den Atomen ein Elektron aus der Hülle gerissen werden. Im Physiker-Jargon spricht man dabei vom „Ionisieren“. Die ionisierten Luftmoleküle können dann elektrischen Strom leiten und genau das wird von einem Elektrometer erfasst.
Das Elektrometer bringt uns nun zum eigentlichen Rätsel, dessen Lösung viele lange Jahre, hitzige Debatten und schwindelerregende Ballonfahrten kosten wird. Die deutschen Physiker Elster und Geitel wagen im Jahr 1900 nämlich etwas, das man dem Klischee nach eher nicht von Physikern erwarten würde: Sie wagen sich aus dem Labor in die Außenwelt, das Elektrometer im Gepäck. Was sie messen: Die Luft ist an allen möglichen Orten auf der Erde ionisiert, egal ob eisiges Spitzbergen oder sonniges Capri. In Kellern und Höhlen ist die Ionisierung jedoch deutlich höher, da in der Erdkruste radioaktive Elemente wie Radon und Radium enthalten sind. Somit scheint die Sache erstmal klar: Die Strahlung, die die Luft ionisiert, stammt allein von der natürlichen Radioaktivität der Erde.
Zum Greifen nah
Doch stimmt diese Theorie wirklich? Falls die Strahlung ausschließlich vom Erdboden stammt, müsste die Ionisierung der Luft immer weiter abnehmen, je weiter man sich vom Erdboden entfernt. Ist nicht so, muss es noch eine andere Strahlungsquelle geben. Man könnte meinen, dass man so etwas doch einfach nachprüfen könnte, tatsächlich gestalten sich die Messungen aber schwierig.
Der Physiker und Jesuitenpriester Theodor Wulf kommt auf die Idee, den Eiffelturm zu besteigen und dabei die Ionisierung der Luft mit einem Elektrometer zu verfolgen. Et voilà: Je weiter er sich vom Erdboden entfernt, desto geringer der gemessene Wert. Aber die Abnahme ist viel langsamer als erwartet! Wulfs Veröffentlichung in der Physikalischen Zeitschrift wird jedoch kaum beachtet, da seine Daten nicht belastbar erscheinen.
Ein weiteres Indiz liefert der italienische Meteorologe Domenico Pacini. Egal ob er seine Messungen weit draußen auf dem Meer, direkt an der Küste oder unter der Wasseroberfläche vornimmt – die radioaktive Strahlung der Landmassen kann seine Ergebnisse nicht erklären. Pacini ist sich sicher: „In der Atmosphäre existiert ein beträchtlicher Verursacher von Ionisierung, eine durchdringende Strahlung, die unabhängig von der direkten Aktivität von radioaktiven Substanzen in der Erdkruste ist.“ Pacinis Ergebnisse sind deutlich, doch sie werden in der Fachwelt nicht wirklich gewürdigt. Dennoch, der Beweis für eine Strahlungsquelle, die weit über unseren Köpfen liegt, ist zum Greifen nah.
Der deutsche Meteorologe Franz Linke hat diesen Beweis in den Jahren 1900 bis 1903 eigentlich schon längst gefunden, doch er traut seinen eigenen Ergebnissen nicht. Linke unternimmt Ballonfahrten, bei denen er ab einer Höhe von 5km eine vierfache Zunahme der Strahlung im Vergleich zum Boden misst. Doch der junge PhD-Student rudert zurück: „Die Unsicherheiten in den Messungen erlauben nur die Schlussfolgerung, dass die Ursache für die Ionisierung in der Erde liegt.“
Weitere unglückliche Ereignisse verzögern den Durchbruch: Bei Ballonfahrten des Physikers Karl Bergwitz wird das Elektrometer beschädigt, auch der Schweizer Meteorologe Alfred Gockel hat Messprobleme und kann keine belastbaren Daten liefern. Bis Viktor Franz Hess die Bühne der Ionisierungmessungen betritt.
Hoch hinaus
Der in der Steiermark geborene Physiker hatte 1906 in Graz promoviert und war gerade an der Hochschule Wien tätig. Dort taugt es ihm, die Zeit in Wien bezeichnet Viktor Franz Hess als die „schönste und glücklichste“ seines Lebens. Und er will hoch hinaus: Hess plant eine Reihe an Ballonfahrten, die endlich eindeutige Antworten liefern sollen. Am 7. August 1912 findet die entscheidende Reise statt, die sich jedoch nicht gerade als Kaffeefahrt gestaltet. Um sechs Uhr früh quetscht sich Hess zusammen mit dem Ballonführer Hoffory, dem Meteorologen Wolf, drei großen Sauerstofflaschen, Handgepäck und seinen Messinstrumenten in den Ballonkorb. „Die Platzfrage gestaltete sich recht schwierig“, notiert er später. Der Ballon startet in Aussig, Tschechien, und überquert bald in der Nähe von Dresden die Grenze nach Deutschland.
Um 9.15 Uhr steigen die drei Herren auf über 4km Höhe, und Hess greift zur Sauerstoffflasche. Dennoch leidet er unter Höhenkrankheit und hält fest: „Um 10.45 Uhr hatten wir 5350 m erreicht. Trotz Sauerstoff fühlte ich mich so schwach, dass ich nur noch mit Anstrengung an zwei Apparaten die Ablesungen ausführen konnte, die dritte Ablesung misslang.“ So entscheidet er, früher als geplant um 12.15 Uhr etwa 50km östlich von Berlin zu landen. Trotz aller Schwierigkeiten ist Hess mit seinen Ergebnissen zufrieden. Seine Daten zeigen deutlich, dass ionisierende Strahlung von oben auf die Atmosphäre treffen muss, und werden von Werner Kohlhörster bestätigt. Es scheint endlich erwiesen zu sein: Die Strahlung stammt nicht ausschließlich von radioaktiven Elementen am Boden, sondern ist in größer Höhe extraterrestrischen Ursprungs. Doch erneut sollen Zweifel an dieser Theorie keimen.
Millikan‘scher Strahlung?
Die wohl prominenteste Kritik an Hess‘ Entdeckung äußert der amerikanische Physiker Robert Millikan. Als Nobelpreisträger hat seine Stimme ein entsprechendes Gewicht, noch dazu haben es deutsche und österreichische Physiker nach dem Ersten Weltkrieg nicht leicht. Zu Kriegsbeginn hatten viele deutsche Wissenschaftler, darunter auch Wilhelm Röntgen, das Manifest der 93 unterzeichnet, das die Verantwortung Deutschlands für den Kriegsausbruch leugnet. Nach Kriegsende wurden die Zentralmächte, darunter Deutschland und Österreich, systematisch aus der Wissenschaft ausgeschlossen.
Millikan will die Messungen von Hess und Kohlhörster also widerlegen und führt einige Untersuchungen in Bergseen durch. Doch er muss seine Meinung ändern, denn auch seine Daten lassen nur einen Schluss zu: Die Strahlung kommt von oberhalb der Atmosphäre. In seiner Veröffentlichung 1926 beansprucht er die Entdeckung der kosmischen Strahlung dann kurzerhand für sich, in amerikanischen Zeitschriften ist schon von „Millikan’sche Strahlung“ die Rede. Hess und Kohlhörster protestierten heftig: „Diese Benennung muss als zweifelhaft und ungerechtfertigt abgewiesen werden“, wettert Hess. Millikan beschreibt im Nachhinein ein „Klima der Unfreundlichkeit und Verdächtigungen.“
Der Nobelpreisträger auf dem Hafelekar
Erst 1936, fast ein Vierteljahrhundert nach seinen spektakulären Ballonflügen, erhält Hess den Nobelpreis für die Entdeckung der kosmischen Strahlung. Doch indirekt ist auch sein Kontrahent Millikan beteiligt: Zum einen teilt sich Hess den Preis mit Carl Anderson, einem Schüler Millikans. Zum anderen hat sich der Begriff „Millikan’sche Strahlung“ zwar nicht durchgesetzt, die Bezeichnung „kosmische Strahlung“ 
stammt allerdings ebenfalls aus der Feder Millikans. Viktor Franz Hess wird mit dem Nobelpreis nach langen Zweifeln an seiner Entdeckung endlich für seine Arbeit gewürdigt. Auch hier in Innsbruck hinterlässt er seine Spuren: Von 1931-1937 ist er Professor in Innsbruck und errichtet eine Messstation auf dem Hafelekar, mit der er zur weiteren Erforschung der kosmischen Strahlen beiträgt. Doch seine Biografie nimmt eine unglückliche Wendung, da er als politischer Gegner unter den Nazis entlassen und gezwungen wird, seine Nobelpreisdotation, welche er in Schweden angelegt hatte, nach Deutschland zurückzuholen. Von einem befreundeten Gestapo-Offizier gewarnt, entgeht er nur knapp der Verhaftung und emigriert 1938 in die USA, wo er bis zu seinem Tod 1964 lebt.
