Mittelalter: die erste Messung der Lichtgeschwindigkeit

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Wie so oft in der Wissenschaft war ihre Berechnung ein Nebenprodukt anderer Handlungen, die viel praktischer waren. Am Ende des Mittelalters befahren europäische Schiffe die Ozeane auf der Suche nach neuen Ländern und Handelsrouten. Neu entdeckte Inseln müssen kartiert werden, und dafür ist es wichtig, mehr oder weniger genau zu wissen, wo sie sich befinden. Dabei gab es spürbare Probleme.

Geographische Koordinaten sind zwei numerische Werte - Breitengrad und Längengrad. Beim Breitengrad ist alles relativ einfach: Sie müssen die Höhe eines bekannten Sterns über dem Horizont messen. Auf der Nordhalbkugel wird es höchstwahrscheinlich der Nordstern sein, auf der Südhalbkugel einer der Sterne des Kreuzes des Südens. Tagsüber kann der Breitengrad von der Sonne bestimmt werden, aber der Fehler ist deutlich größer - die Leuchte ist ziemlich groß, es ist aufgrund ihrer Helligkeit schwierig, ihr zu folgen, und die Grenzen ihrer sichtbaren Scheibe sind unter dem Einfluss von verwischt die Erdatmosphäre. Dies ist jedoch eine relativ einfache Aufgabe.

Wie spät ist es

Der Längengrad ist viel komplizierter. Die Erde dreht sich um ihre Achse, und Sie können herausfinden, wo wir uns befinden, indem Sie die genaue Uhrzeit zu diesem Zeitpunkt und die Uhrzeit an einem Ort kennen, dessen Längengrad wir kennen. In der Literatur schreiben sie meist "Primermeridian", das ist im Allgemeinen richtig, da wir über dasselbe sprechen. Wenn mit der Ortszeit alles ganz einfach ist, dann ist es mit dem Nullmeridian viel komplizierter.

In der Zeit der großen geographischen Entdeckungen gab es keine Uhr, die die genaue Zeit des Ortes anzeigen konnte, von dem sie weggebracht wurden. Damals galt ein mit einem Minutenzeiger ausgestattetes Uhrwerk als hochpräzise Technik. Die ersten zur Längenbestimmung geeigneten Chronometer erschienen Mitte des 18. Jahrhunderts, auf die Seefahrer zuvor verzichten mussten.

Die älteste theoretisch ausgearbeitete Methode war die Mondentfernungsmethode, die 1514 vom deutschen Mathematiker Johann Werner vorgeschlagen wurde. Es basiert auf der Tatsache, dass sich der Mond ziemlich schnell über den Nachthimmel bewegt und indem Sie mit einem speziellen Gerät - einem Querstab - seine Verschiebung relativ zu einigen bekannten Sternen messen, können Sie die Zeit einstellen. Die praktische Umsetzung von Werners Methode erwies sich als sehr schwierig und spielte in der Navigation keine nennenswerte Rolle.

1610 entdeckte Galileo Galilei die vier größten Jupitermonde. Dies war ein wichtiges wissenschaftliches Ereignis - im Rahmen der Möglichkeiten der damaligen beobachtenden Astronomie wurde neben der Erde noch ein Himmelskörper gefunden, um den sich seine eigenen Satelliten drehten. Aber das Wichtigste für die Zeitgenossen war, dass die Bewegung dieser Satelliten gleichzeitig und gleichmäßig von allen Punkten der Erde aus beobachtet werden konnte, an denen Jupiter gerade sichtbar ist.

Galileo Galilei

Bereits 1612 schlug Galileo vor, die genaue Zeit und damit den Längengrad durch die Bewegung von Io, einem der vier Jupiter-Satelliten, zu bestimmen. Es hat viele bemerkenswerte Eigenschaften, von denen Galileo natürlich nichts wusste, aber vor allem ist es relativ leicht zu beobachten. Als er herausfand, wann er in den Schatten des Planeten eintrat, war es möglich, die Zeit genau zu bestimmen. Aber die allerersten Versuche, Tabellen von Finsternisse von Io (und anderen Galileischen Satelliten) zusammenzustellen, zeigten, dass diese Zeit für die Wissenschaft dieser Zeit in unverständlicher Weise verschoben wurde. Die Gründe blieben ein Dreivierteljahrhundert lang unklar.

Sohn des Kaufmanns

Ole Christensen Rømer wurde 1644 in eine dänische Kaufmannsfamilie hineingeboren. Informationen über seine Jugend sind fragmentarisch - er hat nicht geboren, und persönlicher Ruhm wird ihm viel später einfallen. Es ist bekannt, dass er einen Abschluss an der Universität Kopenhagen machte und sich anscheinend durch seinen Intellekt auszeichnete. 1671 zog Roemer nach Paris, wurde Angestellter von Cassini und wurde sehr bald in die Akademie der Wissenschaften gewählt - damals war diese Gelehrtensammlung weniger elitärer als später.

Ole Römer

Gegen Ende des Jahrhunderts kehrte er nach Dänemark zurück, war weiterhin praktizierender Astronom und starb dort 1710. Aber das alles kommt später.

Es ist endlich

Und 1676 schlug er für die Neuzeit unkomplizierte Berechnungen vor, die seinen Namen verewigten. Der springende Punkt ist einfach. Jupiter ist etwa fünfmal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Es macht eine Umdrehung um die Sonne in etwa 12 Erdenjahren (wir runden die Zahlen der Einfachheit halber). Das bedeutet, dass sich die Entfernung von Jupiter zur Erde in einem halben Jahr um etwa ein Drittel ändert. Und dies entspricht mehr oder weniger dem beobachteten Unterschied der Sonnenfinsterniszeiten der Galileischen Satelliten.

Io heute

Die Logik dieser Argumentation ist für uns heute sehr einfach zu verstehen, aber im 17. Jahrhundert war es üblich zu glauben, dass die Lichtgeschwindigkeit unendlich ist. Aber Roemer meinte, dies sei nicht der Fall. Nach seinen Berechnungen betrug die Lichtgeschwindigkeit etwa 220.000 Kilometer pro Sekunde, was ein Viertel niedriger ist als der heute festgelegte Wert. Aber für das 17. Jahrhundert war es zumindest nicht schlecht.

Dann stellt sich heraus, dass alles nicht so einfach ist, und nach zwei Jahrhunderten wird Laplace den gravitativen Einfluss der Satelliten aufeinander berücksichtigen, aber das ist eine ganz andere Geschichte.

Roemers Idee spielte bei geographischen Entdeckungen keine bedeutende Rolle. Die Beobachtung der Jupitermonde durch ein an Bord des Schiffes installiertes Teleskop war aufgrund des Rollens fast unmöglich. Und Mitte des 18. Jahrhunderts wurden die ersten Chronometer entwickelt, die sich zur Längenbestimmung eignen.