Ein Heißluftballon fliegt aus einem einfachen Grund: Die Luft im Inneren der Hülle ist heißer und damit leichter als die Luft außerhalb. Die kühle, dichtere Luft um den Ballon sinkt und drückt die leichtere Hülle nach oben, ähnlich wie Wasser einen untergetauchten Korken an die Oberfläche drückt. Vor mehr als 2.200 Jahren hat Archimedes diese Regel formuliert: Jeder Gegenstand, der in einer Flüssigkeit eingetaucht ist, wird mit einer Kraft nach oben gedrückt, die der Gewicht der Flüssigkeit entspricht, die er verdrängt. Ein Ballon ist ein Schiff, und das Meer, in dem er schwimmt, ist die Atmosphäre.
Warme Luft ist dünne Luft
Wenn du Luft erwärmst, beschleunigen sich ihre Moleküle, verteilen sich und nehmen mehr Platz ein. Da die Hülle unten offen ist, entweicht der überschüssige Luftanteil einfach, und die verbleibende Luft im Inneren wiegt weniger. Bei normalen Temperaturen wiegt ein Kubikmeter Luft etwa 1,2 Kilogramm; erwärme ihn auf etwa 100 °C, und etwa ein Fünftel dieser Masse hat die Hülle verlassen.
Das Gewicht der Luft, die entweicht, bestimmt, wie viel Gewicht du maximal heben kannst. Alles, was die Ballonhülle trägt – das Material, der Korb, der Brennstoff, der Pilot und du selbst – muss zusammen weniger wiegen als die entweichte Luft.
Die Mathematik eines Fluges mit vier Passagieren
Hier ist die einzige Zahl, die du brauchst. Erwärmte Luft, die auf etwa 100 °C erhitzt wird, hebt ungefähr 250 bis 300 Gramm pro Kubikmeter auf, je nach Tag. Rechne nun eine typische Beladung zusammen: vier Passagiere und ein Pilot (etwa 400 kg), Korb, Brenner und volle Treibstofftanks (vielleicht 250 kg), plus etwa 200 kg an <0>Hüllenmaterial und Bändern. Nennen wir es 850 bis 900 kg. Bei 270 Gramm pro Kubikmeter benötigst du deutlich mehr als 3.000 Kubikmeter erwärmter Luft, und genau deshalb haben Vier-Personen-Ballons ein Volumen von 3.000 bis 4.000 Kubikmeter. Verdoppelt man die Nutzlast, benötigt man ungefähr die doppelte <0>Hüllengröße.
Warum kalte Morgen besser sind als heiße Nachmittage
Der Auftrieb entsteht durch den Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenbereich, und nur eine Seite dieses Unterschieds ist einstellbar. Die Hülle hat eine obere Temperaturgrenze: Piloten halten das Material unter etwa 120 °C, da heißes Nylon schnell altert (siehe die Lebensdauer einer Ballonhülle).
Mit der Außenluft sieht es anders aus. An einem Wintermorgen mit 0 °C hat eine 100 °C heiße Hülle volle hundert Grad Unterschied, und jeder Kubikmeter zieht kräftig nach oben. An einem Nachmittag mit 35 °C bringt dieselbe Hülle deutlich weniger Auftrieb, also muss der Ballon weniger Personen oder weniger Brennstoff mitnehmen. Das ist, neben der ruhigeren Luft, der Grund, warum die Fahrten beim ersten Licht starten: mehr dazu unter die beste Zeit für eine Ballonfahrt.
Wie hoch kann das noch steigen?
Die meisten Ballonfahrten finden in einer Höhe zwischen 150 und 600 Metern über dem Boden statt, was niedrig genug ist, um das Bellen von Hunden zu hören und den Geruch von frisch gemähtem Gras wahrzunehmen. Die physikalischen Gesetze spielen dabei eine Rolle, aber mit zunehmender Höhe wird die Luft dünner, sodass jedes Kubikmeter der Hülle weniger Auftrieb erzeugt. Außerdem ist der Korb des Ballons offen zum Himmel, ohne Druckausgleich, ohne Heizung und ohne Sauerstoffzufuhr. Die Piloten fliegen lieber in geringer Höhe, weil dort die Luft dichter ist und die Aussicht am besten ist.
Die äußerste Grenze ist trotzdem bemerkenswert. 2005 stieg der indische Flieger Vijaypat Singhania in einer Druckkabine unter einer riesigen Hülle auf 21.027 Meter, rund 21 Kilometer hoch, ein Höhenrekord für Heißluftballone, der bis heute besteht. Seine Geschichte und andere findest du auf unserer Seite zu Rekorden und Abenteuern.
Fliege, wenn die Physik dir hilft
Kühle, ruhige und klare Bedingungen sind immer besser als heiße und windige. Finde die Jahreszeit und die Tageszeit, die deinem Flug den größten Auftrieb und die ruhigsten Luftverhältnisse bieten.
Häufig gestellte Fragen zum Heißluftballonfahren
Wie heiß ist die Luft im Inneren einer Heißluftballonkabine?
Normalerweise liegt die Betriebstemperatur zwischen 90 und 110 °C, wobei sie bei jedem Flugabschnitt angepasst wird. Die Piloten halten die Betriebstemperatur unter etwa 120 °C, um das Nylon zu schützen. Daher trägt eine Ballonfahrt an heißen Tagen weniger Auftrieb und kann leichtere Lasten transportieren.
Warum kann ein Ballon nicht einfach immer weiter aufsteigen?
Mit zunehmender Höhe wird die Luft dünner, sodass jeder Kubikmeter der Hülle weniger Gewicht verdrängt und weniger Auftrieb erzeugt, während die Temperatur der Hülle konstant bleibt. In einer bestimmten Höhe gleichen Auftrieb und Gewicht, und der Aufstieg stoppt dann von selbst.
Benötigen Passagiere in einer Heißluftballonfahrt Sauerstoff?
Nicht bei einer normalen Flugtour. Sightseeing-Flüge bleiben ein paar hundert bis ein paar tausend Fuß über dem Boden, also weit unterhalb der Höhen, in denen zusätzliche Sauerstoff notwendig wird. Nur bei Rekordversuchen und Bergüberquerungen wird Sauerstoff oder eine Druckkapsel mitgeführt.
Wiegt ein schwebender Ballon weniger als ein am Boden stehender Ballon?
Nein. Der Ballon, die heiße Luft darin und die Passagiere wiegen im Flug genau gleich viel. Er steigt auf, weil die kühlere Luft, die er verdrängt, schwerer ist als das gesamte Gebilde, sodass die Atmosphäre ihn nach oben drückt, genau wie Wasser ein Schiff trägt.