Geschichte

1907 gründete der Chemiker Carl Dorno das «Physikalisch-Meteorologische Observatorium Davos, das er in seinem Heim, der Villa Dora in Davos Platz, betrieb. Ziel war, die klimatisch relevanten Eigenschaften des Höhenkurortes zu untersuchen. Zu diesen Forschungen wurde Dorno angeregt, weil seine einzige Tochter an Tuberkulose litt und in Davos Linderung suchte. Dorno untersuchte die Wechselwirkung zwischen der Sonnenstrahlung und der Atmosphäre. Er hat durch systematische Beobachtungen die Grundlagen zu klimatologischen Gesetzmässigkeiten der Strahlungsvorgänge geschaffen. Dadurch ist er zum anerkannten Begründer der Strahlungsklimatologie geworden. Seiner Forschungstätigkeit ist es zu verdanken, dass die klimatischen Heilkräfte von Davos wohl besser erforscht sind als die irgendeines anderen Kurortes. In 1926, nach zwanzigjähriger Tätigkeit, trat er als Leiter vom Observatorium zurück. Carl Dorno wurde am 3. August 1865 in Königsberg geboren und starb am 22. April 1942 in Davos.

Dorno begann zunächst in zwei Zimmern der Villa Dora, und dehnte das Observatorium dann auf zwei Stockwerke aus. In einem Bericht über das Observatorium von Anfang 1913 schrieb er: "Die Station ist aus Privatmitteln errichtet und unterhalten; in den fünf Jahren ihres Bestehens haben die Kosten sich auf etwa 500'000 Fr. belaufen, von denen die eine Hälfte auf die sehr teure Miete, Heizung, Saläre für den Rechner und die Stenographin und kleine Unkosten, die andere Hälfte auf die Anschaffung des Instrumentariums und auf bauliche Einrichtungen zu rechnen ist. Alle Beobachtungen sind von mir persönlich angestellt und verarbeitet; die gesammelten Resultate der Jahre 1908 bis 1910 sind im Buch "Studie über Licht und Luft des Hochgebirges" bei Vieweg & Sohn in 1911 erschienen."

Dieses Bild eines Labors in der Villa Dora zeigt wie Dorno um 1910 gearbeitet hat. Neben den photographischen Utensilien auf der Waschkommode finden sich mehrere Instrumente zur Messung der Radioaktivität von Gestein und Erde, in Bodenluft, Quellen und Niederschlägen. Durch den bekannten Zusammenhang zwischen Luft/Bodenelektrizität und Radioaktivität, wurde auch letztere als Ergänzung zu den Messungen der Luftleitfähigkeit und -elektrizität untersucht.

Instrumente im Bild: Arago-Davys Aktinometer, Webers Milchglasphotometer mit Tubus für direkte Sonnenmessungen, Milchglastafel zur Bestimmung der Ortshelligkeit, Michelsons Aktinometer, Ångströms Pyrheliometer mit Zubehör, Webers Apparat zur Messung des photographischen Äquivalenzwertes der Sonnen- und Himmelsstrahlung, verschiedene Elektrometer und Hochspannungsbatterie zur Messung der Luftelektrizität und Leitfähigkeit, Webers Polarimeter, Theodolit mit Savartschem Polariskop, Zinkkugelphotometer, Zeiss' Apparat, und Jensens Pendelquadrant mit Polariskop.

Stiftungsrat und wissenschaftlicher Beirat bei der Einweihungsfeier vom 3. bis 5. Januar 1924 in der Grossen Stube des Rathauses in Davos (Carl Dorno, vorne rechts). Durch die Inflation der 20er-Jahre verlor Dorno fast sein ganzes Vermögen und übergab das Observatorium 1922 an die Stiftung "Institut für Hochgebirgs-Physiologie und Tuberkuloseforschung in Davos". Diese wurde vom Davoser Ärzteverein zusammen mit dem Kantonalen Ärzteverein, der Schweiz. Naturforschenden Gesellschaft, der Schweiz. Gesellschaft für Klimatologie und Balneologie, dem Schweiz. Roten Kreuz, dem Kanton, der Gemeinde und anderen kurz vorher gegründet. Dorno wurde zum Ehren- und Vorstandsmitglied der Stiftung ernannt. Nach seinem Rücktritt im Herbst 1926 vermachte Dorno das Instrumentarium der Stiftung und das Observatorium wurde in diese eingegliedert. Der Name wurde nachträglich in "Schweizerisches Forschungsinstitut für Hochgebirgsklima und Tuberkulose in Davos" geändert.

Frederik Lindholm, erster Staatsmeteorologe Schwedens, wurde nach dem Rücktritt von Dorno im Herbst 1926 zur Leitung berufen. In den drei Jahren seines Davoser Wirkens wurden die Messungen und Registrierungen der verschiedenen Strahlungsbereiche im früheren Ausmass weitergeführt und speziell auch Untersuchungen im ultraroten Gebiet des Sonnenspektrums (heute als Infrarot bezeichnet) erweitert. Als neues Forschungsgebiet wurden Untersuchungen der kosmischen Strahlung aufgenommen. Am 1. Oktober 1929 trat Lindholm von der Leitung des PMOD zurück und nahm wieder seinen Posten in Schweden an.

1929 wurde der aus Basel stammende Walter Mörikofer, der sich bereits seit eineinhalb Jahren als Assistent am PMOD betätigt hatte, Direktor des PMODs. Daneben erbrachte er für die praktische Kurortklimatologie der Schweiz eine unschätzbare Leistung, indem es ihm gelang, die Kurorte in verschiedene Klimareizstufen einzuordnen. So konnten die Klimakurorte nach ihren Heilfaktoren eingestuft werden. Auch liess Mörikofer durch seine Mitarbeiter Grundlagen der Strahlung erforschen. Die Resultate dieser Untersuchungen fanden internationale Anerkennung und neu konstruierte Instrumente vom PMOD wurden auf der ganzen Welt benutzt. 1966 trat Mörikofer als Direktor des PMODs zurück. Er starb am 10. April 1976 im Alter von 84 Jahre in Davos.

Viel Energie investierte Mörikofer (4.er von links) in die weltweite Vereinheitlichung der Strahlungsmessungen. Er lieferte wertvolle Beiträge zum Verständnis der Unterschiede der damals im Gebrauch stehenden Strahlungsskalen. Vergleiche der PMOD Instrumente mit Pyrheliometern aus Uppsala und Absolutradiometern der Physikalisch Technischen Reichsanstalt in Berlin zeigten Resultate, deren Interpretation schwierig war, da sie nicht der damals vorherrschenden Meinung entsprachen. Bereits in den 1930er Jahren wurde an Sitzungen der IMO- und IUGG-Strahlungskommissionen der Bedarf eines zentralen Eichinstituts diskutiert und das PMOD vorgeschlagen. Der Ausbruch des zweiten Weltkrieges vereitelte diese Pläne jedoch.

1956 fand in Davos das Strahlungssymposium und die Sitzung der Internationalen Strahlungskommission (ISK) statt. Da es sich erstmals um eine grossangelegte, weltweite Messkampagne handelte, musste auch dafür gesorgt werden, dass die Messungen auf eine gemeinsam definierte Skala bezogen werden konnten. Die Resultate sollten zudem möglichst nahe an den wirklichen Werte liegen, definiert durch das physikalische Einheitensystem. Bei den Diskussionen der ISK wurden verschiedene Vergleichsmessungen herangezogen, unter anderem auch diejenigen vom PMOD in den 30er Jahren, die einen Unterschied von etwa 5% ergaben. Um die physikalischen Einheiten möglichst gut zu realisieren, wurde beschlossen, die neue "International Pyrheliometer Scale" (IPS-1956) so zu definieren, dass sie 1.5% oberhalb der Ångström- und 2% unterhalb der Smithsonian-Skala liegen sollte.

Die ersten "International Pyrheliometer Comparisons" (IPC) fanden 1959 (IPC-I; siehe Bild) und 1964 (IPC-II) statt. Während der IPC-I haben verschiedene Umstände dazu geführt, dass die vorgesehene Einführung der "International Pyrheliometer Scale" (IPS-1956), nicht korrekt vorgenommen werden konnte. Die Verwirrung war deshalb gross und der gewünschten Standardisierung nicht gerade förderlich. Erst die Wiederholung der Vergleiche der Davoser Referenzinstrumente in den 70er-Jahren, sowie weitere Vergleiche erbrachten ein besseres Verständnis über die aufgetretenen Probleme.

1966 wurde Emil Flach der neue Direktor des PMOD. Ihn beschäftigten vor allem bioklimatologische Probleme. Verhandlungen zwischen der Meteorologischen Zentralanstalt (heute MeteoSchweiz, MCH), der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) und der Eidgenossenschaft führten zum Vorschlag, das Weltstrahlungszentrum (WRC) am PMOD zu betreiben. Emil Flach beschäftigte sich vor allem mit der Einrichtung des WRC, das er 1971 an Claus Fröhlich weitergab. 1974 trat Emil Flach als Direktor des PMOD zurück und Claus Fröhlich wurde im folgenden Jahr der neue Direktor des PMOD/WRC. Emil Flach verstarb am 15. September 1995 im Alter von 90 Jahren.

Nach dem IPC-II (siehe Bild) wurde die Schaffung von Weltstrahlungszentren als Garanten für die weltweite Homogenität der Strahlungsmessungen diskutiert. Zwei Standorte wurden vorgeschlagen: das PMOD und das Geophysikalische Haupt-Observatorium (GGO) in St. Petersburg, Russland. Es wurde beschlossen, dass während das PMOD die Weltstrahlungsreferenz unterhalten und alle fünf Jahre IPCs durchführen sollte, das Schwergewicht der Aufgaben des GGO auf die Veröffentlichung der weltweiten Strahlungsdaten gelegt werden soll. Am 1. Juni 1970 beschloss der Bundesrat, die Gründung des Weltstrahlungszentrums zu unterstützen, und am 1. Januar 1971 konnte das WRC seinen Betrieb aufnehmen.

Claus Fröhlich fing 1969 am PMOD als Spezialist auf dem Gebiet der Wärmeleitung an. 1971 ging die Leitung des neuen Weltstrahlungszentrums (WRC) mit der Betriebsaufnahme am 1. Januar 1971 an ihn. Im Jahr 1975 übernahm Claus Fröhlich die Gesamtleitung des PMOD/WRC. Obwohl er 1999 in den Ruhestand ging, war er immer noch aktiv an seinem wichtigsten Projekt beteiligt, dem Weltraumexperiment VIRGO an Bord des Satelliten SoHO. Claus Fröhlich arbeitete nur wenige Tage vor seinem Tod am 22. Februar 2019 an den neuesten Kalibrierungsparametern.

Während dem IPC-III (1970) nahmen erstmals zwei Absolutradiometer teil. Am PMOD/WRC wurde darauf mit der Entwicklung von neuen Radiometern begonnen, die einerseits die Basis für die Erfüllung der Aufgaben als Weltstrahlungszentrum bildeten, aber auch für Weltraumexperimente Verwendung fanden. Nach den Absolutradiometer-Vergleichen (1974) und IPC-IV (1975), konnte eine Weltstandardgruppe (WSG; siehe Bild) von 15 Absolutradiometern bestehend aus 9 verschiedenen Typen definiert werden. Aufgrund davon erfolgte die Definition der Weltstrahlungsreferenz (WRR) aus den Ergebnissen dieser Arbeiten. Die WRR wurde als Ersatz der bis anhin geltenden, aber falschen IPS-1956 Skala eingeführt. Analog zum Ur-Kilogramm in Paris dient die WSG als Kalibrierreferenz der Sonnenirradianz, gemessen in W.m^-2.

Durch den Zusammenschluss des PMOD und WRC wurde die Villa Dora zu eng. Die Stadtverwaltung von Davos bot daher das alte Schulhaus in Davos Dorf als Ersatz an, während der Bund CHF 630000 zu den Renovierungskosten beitrug. Die Renovierungsarbeiten wurden 1975 abgeschlossen und der PMOD/WRC zog Ende 1976 ein. Die Einweihung fand im März 1977 statt. Das alte Schulhaus wurde in 1909 vom Archiktekten Otto Manz entworfen und zwischen 1909 und 1911 gebaut.

Mit verbesserten Instrumenten und weltweit einheitlichen Messungen drängte sich in den 70er Jahren die Frage auf, ob die Gesamtstrahlung der Sonne (die sogenannte Solarkonstante) konstant sei. Das PMOD/WRC führte 1979 bis 1983 mit dem Obs. Genf mehrere Stratosphärenballon-Experimente durch. Im Jahr 1983 wurde mit dem Jet Propulsion Laboratory Pasadena und dem Goddard Space Flight Center, USA, auf dem New Sands Gelände in New Mexico ein Raketenexperiment durchgeführt. Nach knapp 5 Min. waren die Messinstrumente auf 310 km gebracht, und nach 13 Min. landete die Rakete am Fallschirm etwa 150 km vom Startplatz entfernt.

Der Schweizer Astronaut Claude Nicollier setzte im August 1992 das SOVA- Experiment des PMOD/WRC vom Atlantis Space Shuttle (STS-46) auf der europäischen ESA-Plattform "European Retrievable Carrier" (EURECA) in einer Höhe von 508 km aus. Über ein Jahr lang - bis EURECA 1993 heruntergeholt wurde (1. Juli 1993; Endeavour Space Shuttle STS-57) - lieferte SOVA Daten. EURECA ist einer der wenigen Satelliten, die wieder auf die Erde zurück gebracht wurden um nachträgliche Kalibrationen durchzuführen. Zurzeit ist EURECA im Schweizer Verkehrshaus in Luzern ausgestellt.

Im Dezember 1995 startete die "Solar and Heliospheric Observatory" (SOHO) Mission, die mit dem VIRGO-Experiment zur Messung der Solarkonstante bestückt ist. VIRGO besteht unter anderem aus 2 Absolutradiometern und einem Sonnenphotometer. SOHO wurde von ESA und NASA gebaut, und liefert immer noch wichtige Daten über die Innenstruktur der Sonne, die Sonnenatmosphäre und den Sonnenwind. Vom Lagrange-Punkt 1 (einem Ort zwischen Sonne und Erde, wo sich die Coriolis- und Anziehungskräfte gerade aufheben) aus, kann SOHO die Sonne kontinuierlich beobachten.

Im Juli 1999 übernahm der zuvor an der ETH Zürich tätig gewesene Astrophysiker Prof. Dr. Werner Schmutz die Leitung des PMOD/WRC. Im Jahr 2002 wurde er zum Titularprofessor des Departements Physik der ETH Zürich ernannt. Prof. Schmutz interessierte sich insbesondere für die Auswirkung der solaren Bestrahlungsstärke auf das Klima der Erde. In 2019 ging er in den Ruhestand aber arbeitet immer noch als Wissenschafter am PMOD/WRC.

Das Jahr 2007 war durch die Feierlichkeiten zum 100-jährigen Jubiläum des Observatoriums geprägt. Am 21. März sowie am 23. Juni 2007 öffneten wir unsere Tore für Interessierte, die Spannendes über Strahlungsmessung, Klimarechnungen, und Sonnenphysik erfahren wollten. Eines der Highlights in unserem Jubiläumsjahr war sicherlich der öffentliche Vortrag von Claude Nicollier im Kongresszentrum Davos. Der Schweizer Astronaut setzte 1992 bei einem seiner Weltraumeinsätze das PMOD/WRC-Experiment SOVA auf dem EURECA Satelliten ins Weltall aus.

Das "Solar Variations and Irradiance Monitor" (SOVIM) Experiment wurde 1998 konzipiert, aber - aufgrund der Katastrophe des Columbia Space Shuttle - erst am 7. Februar 2008 zur ISS gebracht. SOVIM war mit 4 Absolutradiometern und 2 Sonnenphotometern bestückt und basierte auf dem SOVA-Design vom EURECA Satelliten. SOVIM war als Ersatz von VIRGO vorhergesehen, versagte jedoch im April 2008 nach wenigen Monaten im Einsatz.

Das "Precision Monitor Sensor" (PREMOS) Experiment war Teil des französischen PICARD Satelliten und wurde am 15. Juni 2010 ins Weltall gebracht um Messungen der Solarkonstante und spektral Irradianz durchzuführen. Nach 4 erfolgreichen Jahren wurde PICARD 2014 aus finanziellen Gründen abgeschaltet. Das "Lyman Alpha Radiometer" (LYRA; siehe Bild) Experiment auf dem ESA PROBA-2 Satelliten wurde am 2. November 2009 ins Weltall gebracht um UV-Messungen der Sonne durchzuführen. LYRA hat mit diesen Daten die Beeinflussung der mittleren Erdatmosphäre durch die Sonne ermitteln können. LYRA misst immer noch.

Gleich nach Abschluss des IPC-XI (Herbst 2010) begannen die ersten Umbauarbeiten des PMOD/WRC Gebäudes. Während die Hälfte der Mitarbeiter in die ehemalige Niederländische Asthma-Klinik in Davos Platz umzog, blieb die Technik-Abteilung auf dem Gelände in Containern. Messinstrumente vom PMOD/WRC Dach und ausgewählte Instrumente der WSG bekamen dort einen neuen provisorischen Standort, so dass der Dienstleistungsbetrieb des Weltstrahlungszentrums auch während der Umbauphase gewährleistet wurde. Am 17. August 2012, nach fast 2 Jahren Bauzeit und anderthalb Jahren in den Provisorien, konnten alle Mitarbeiter wieder zurück ins neu renovierte Gebäude einziehen.

Das PMOD/WRC baute das "Compact Lightweight Absolute Radiometer" (CLARA) für den Norwegischen Satelliten NORSAT-1 (siehe Bild). Die Neuentwicklung CLARA ist bedeutend kleiner und leichter als sein Vorgänger der PMO6-Serie. Dank verschiedener Verbesserungen werden trotzdem präzisere Messresultate erwartet. NORSAT-1 startete im Juli 2017 zu seiner dreijährigen Mission. Als Nachfolger der früheren Weltraumexperimente VIRGO und PREMOS des PMOD/WRC ist das Hauptziel von CLARA, die 30-jährige Messreihe der solaren Bestrahlungsstärke fortzuführen.

Prof. Dr. Louise Harra, früher am Mullard Space Science Lab. und Dept. Space and Climate Physics (University College London, UK) angestellt, wurde in Juni 2019 die neue Direktorin des PMOD/WRC. Ihre Expertise in der Sonnenphysik und in Weltraumexperimenten wie dem Solar Orbiter wird es dem PMOD/WRC ermöglichen, seine Rolle auf diesen Forschungsgebieten weiterhin zu stärken.

Die 2020 gestartete ESA/NASA-Mission Solar Orbiter verfügt über zehn Instrumente an Bord, von denen zwei eine PMOD/WRC-Beteiligung haben. Solar Orbiter ist ein umlaufendes Sonnenphysik-Observatorium und untersucht von der Sonne ausgehende Eruptionen, die für das sogenannte Weltraumwetter verantwortlich sind. Weltraumwetter kann manchmal negative Folgen haben: Sonnenstürme, die durch heftige Sonneneruptionen verursacht werden, können GPS, aber auch andere Technologien und elektrische Systeme, von denen unsere Zivilisation immer mehr abhängt, stören. Wenn das Weltraumwetter genauer vorhergesagt werden kann, können solche Ausfälle künftig besser vermieden werden.