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Universitäts-Sternwarte München


Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität

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Geschichte der Sternwarte

Soldner

In der Anfangszeit war sehr oft die Prominenz der Münchener Instrumentenbauer anwesend, einerseits, um notwendig gewordene Reparaturen oder instrumentelle Verbesserungen vorzunehmen, andererseits aber auch, um astronomische Instrumente und Uhren vor dem Versand an die Auftraggeber von Soldner auf Herz und Nieren prüfen zu lassen. Solche Tätigkeiten trugen wesentlich zum hervorragenden Ruf der Münchener Werkstätten bei.

Eine enge Freundschaft verband Soldner besonders mit einem aus diesem Kreise, nämlich mit Fraunhofer, und er wurde in diesem Zusammenhang zum Mitbegründer einer zukunftsweisenden, völlig neuen astronomischen Untersuchungsmethode. Als Fraunhofer bei der Berechnung hochwertiger, achromatischer Fernrohrobjektive nach Möglichkeiten suchte, Brechzahl und Dispersion optischer Gläser mit bisher nicht erreichbarer Genauigkeit zu messen, hatte er bei seinen Versuchen mit Sonnenlicht, das er durch eine schmale Öffnung im Fensterladen auf ein etwa sieben Meter entferntes Prisma fallen ließ, Spektren erzeugt, in denen er hunderte feiner, dunkler Linien entdeckte. Sieben solcher Linien waren bereits 1802 dem Arzt und Physiker William Hyde Wollaston (1766–1828) im Sonnenspektrum aufgefallen und wegen ihrer Lage als Trennlinien zwischen den vier Grundfarben interpretiert worden. Wollaston ignorierte dabei, dass zwei schwächere Linien auch innerhalb von Farbbereichen lagen und stellte fest: Es ist jedoch nutzlos, Erscheinungen genau zu beschreiben, . . . welche ich nicht erklären kann. Erst Fraunhofers Arbeiten, die sich auf überlegenes Prismenmaterial und die Beobachtung des Spektrums mit einem Fernrohr stützten, brachten den Durchbruch. Mit Akribie bestimmte er die Positionen von über 350 Linien, kennzeichnete die stärksten mit Buchstaben, beschrieb qualitativ ungefähr 574 und sah fast unzählig viele. Durch die Benutzung von Lochblenden verschiedener Größen, von Lampenlicht und Flammen, die er z. B. durch Verbrennung von Wasserstoff oder Alkohol erzeugte, variierte Fraunhofer seine Versuche und war überzeugt, dass diese Linien und Streifen in der Natur des Sonnenlichtes liegen, und daß sie nicht durch Beugung, Täuschung u. s. w. entstehen. Schließlich dehnte er seine Experimente auf die Untersuchung des Lichts von Planeten und Sternen aus, das er mit einem Spiegel in sein 2.7 cm-Theodolith-Fernrohr lenkte, ohne es durch eine kleine Öffnung einfallen zu lassen. Trotz der im Vergleich zur Sonne sehr geringen Dichtigkeit des Lichtes der Venus, konnte er in ihrem Spektrum das Muster der dunklen Linien des Sonnenspektrums erkennen und war überzeugt, daß das Licht der Venus in dieser Beziehung von einerley Natur mit dem Sonnenlichte sey. Die Spektren einiger sehr heller Sterne, die noch schwieriger zu beobachten waren, erwiesen sich untereinander als verschieden und wichen zudem auch noch meist vom Aussehen des Sonnenspektrums ab. Seine Schlussfolgerung war daher auch anders als die von Wollaston: Bei allen meinen Versuchen durfte ich, aus Mangel der Zeit, hauptsächlich nur auf das Rücksicht nehmen, was auf praktische Optik Bezug zu haben schien, und das Uebrige entweder gar nicht berühren, oder nicht weit verfolgen. Da der hier mit physisch-optischen Versuchen eingeschlagene Weg zu interessanten Resultaten führen zu können scheint, so wäre es zu wünschen, dass ihm geübte Naturforscher Aufmerksamkeit schenken möchten.

[Joseph von Fraunhofer]

Fraunhofer entdeckte mit seinem modifizierten Theodoliten in dem mit einem Prisma erzeugten Sonnenspektrum die nach ihm benannten dunklen Linien. Der horizontale Teilkreis des Instruments erlaubte die Ablesung des Winkels, unter dem eine bestimmte Linie durch das Prisma von der ursprüngliche Einfallsrichtung des Lichts gebrochen wird.

[Sonnenspektrum]

Fraunhofers Sonnenspektrum, eine Kupferradierung, wurde im Jahre 1817 veröffentlicht. Er hat es selbst gezeichnet, geätzt und sehr wahrscheinlich auch koloriert. Die Kurve darüber zeigt die von Fraunhofer mit dem Auge geschätzte Intensitätsverteilung.

Im Winter 1818/1819 vollendete Fraunhofer dann einen neuen Apparat zu Versuchen über die Natur des Lichtes der Fixsterne. Bei diesem Apparat handelte es sich um ein Fernrohr von 10 cm Öffnung und 1.6 m Brennweite, vor dessen Objektiv Fraunhofer ein Prisma von gleichem Durchmesser angeordnet und somit das Prinzip des Objektivprismas erfunden hatte. Damit wurde im Gesichtsfeld des Fernrohres von jedem Stern ein fadenförmiges Spektrum von ca. 3.5 cm Länge erzeugt, das durch eine Zylinderlinse verbreitert wurde. Ein Schraubenmikrometer gestattete die Positionsbestimmung der Fraunhoferschen Linien. Ein zweites kleineres Fernrohr mit Fadenkreuz, das an der gleichen Montierung befestigt war, diente der Einstellung des zu untersuchenden Objekts. Fraunhofer spektroskopierte mit diesem Apparat von Februar bis Mai 1819 die Planeten Mars und Venus sowie einige der hellsten Sterne bis 1. Größe. Er konnte dabei seine früheren Ergebnisse verifizieren und weiter vertiefen: Ich habe mich völlig überzeugt, daß das Licht dieser Sterne, in Bezug auf die Streifen des Farbenspectrums, unter sich und vom Lichte der Sonne verschieden sey. Im Spektrum des Mondlichtes, das er zu dieser Zeit erstmals untersuchte, erkannte er schon im ersten Augenblick, daß alle Linien sich ebenso wie im Sonnenlicht gruppieren. Daneben führte er auch andere physische-optische Versuche aus. Am 9. März 1819 notierte er, dass er an Stelle des Prismas eine Vorrichtung auf welcher eine große Zahl Fäden in geringer Entfernung voneinander gespannt sind, zur Erzeugung des Sonnenspektrums benutzt hat. Dabei konnte Fraunhofer neben dem Bild des Eintrittsspaltes farbige Beugungsspektren bis zur 5. Ordnung beobachten und stellte fest: Die Linien und Streifen des Farbenbildes wie sie durch ein Prisma gesehen werden, erkennt man . . . sehr bestimmt; ihre Gruppierung ist ebenso wie durch Prismen. Obwohl ein solches Beugungsgitter schon 1785 von dem amerikanischen Astronom David Rittenhouse (1732–1796) erfunden worden war, gelang es erst Fraunhofer, dessen Eigenschaften detailliert zu untersuchen und theoretisch zu untermauern.

[Prisma-Fernrohr von Fraunhofer][Objektivprismenaufnahme der Hyaden]

Links: Das große Prisma Fernrohr von Fraunhofer. Die Zeichnung wurde erst 2003 zufällig in bisher ungesichteten Teilen des Archivs der Sternwarte Bogenhausen gefunden. Bis dahin war keine bildliche Darstellung des neuen Apparats zu Versuchen über die Natur des Lichtes der Fixsterne bekannt. Rechts: Objektivprismenaufnahme eines Teils des offenen Sternhaufens der Hyaden aus den 1970er Jahren. Von jedem Stern im Gesichtsfeld des Teleskops wird ein Spektrum erzeugt. Fraunhofer hat diesen Sternhaufen nicht spektroskopieren können, da auch dessen hellste Sterne noch zu schwach für sein Teleskop waren.

Die spektroskopischen Arbeiten wurden dann wegen Arbeitsüberlastung Fraunhofers beim Bau einiger kleinerer Teleskope und vor allem des berühmten Dorpater Refraktors für längere Zeit unterbrochen. Erst Anfang 1820 konnte er wieder seinen wissenschaftlichen Interessen nachgehen. Am 26. März 1820 notierte Fraunhofer: Ich habe vorige Woche das große Prisma Fernrohr nach Bogenhausen auf den westlichen Thurm gestellt . . . Ich habe am Abend der Aufstellung noch die Venus und Beteigeuze besehen . . . Im Farbenbild der Venus sah ich die Linien D, E, b, und F sehr gut, auch noch einige zwischen D und E liegende Linien . . . In Beteigeuze sah ich sehr viele Linien. Auch im Sirius sah ich den breiten Streifen im Grünen sehr gut und auch die im Blauen. Damit war die Sternwarte in Bogenhausen die erste Sternwarte der Welt, an der spektroskopische Beobachtungen der Gestirne durchgeführt wurden. Es war naheliegend, dass der Optiker Fraunhofer den Astronomen Soldner für seine sternspektroskopischen Entdeckungen interessierte und sich seiner Mithilfe versicherte. Fraunhofer schreibt in einem Bericht an die Akademie: Da bei diesen Versuchen zwei Beobachter nöthig sind, so hatte Herr Steuer-Rath und Astronom Soldner die Güte, sie mit mir zu machen. Die Experimente wurden noch bis 5. April 1820 fortgesetzt. Dabei gehörte Sirius wegen seiner Helligkeit und seines von der Sonne deutlich abweichenden Spektrums zum bevorzugtesten Beobachtungsobjekt und es gelang Fraunhofer, die Positionen der sehr starken Linien in dessen Spektrum während mehrerer Nächte mit hoher Präzision zu messen. Damit hatte er die sog. Balmerserie des Wasserstoffspektrums entdeckt. Dem Schweizer Mathematiker und Physiker Johann Jakob Balmer (1825–1898) gelang es dann 1885, die Wellenlängen dieser Serie von Linien durch eine mathematische Formel darzustellen, die 1913 dem dänischen Physiker Niels Henrik David Bohr (1885–1962) bei der Entwicklung seines Atommodells half.

In einem Brief an Gauß, mit dem er über Jahre einen engen Kontakt pflegte, geht Soldner am 23. März 1820 u. a. auch auf die spektroskopischen Untersuchungen ein, die er zusammen mit Fraunhofer an der Sternwarte anstellte: Fraunhofer hat einen neuen und größeren Apparat zur Untersuchung des Lichts, in Bezug auf die von ihm im Farben-Spectrum entdeckten schwarzen Linien, verfertigt und auf der K. Sternwarte aufgestellt. Wegen des schlechten Wetters haben wir erst wenig damit sehen können. Es ist was auffallendes mit dieser Eigenschaft des Lichts. Im Farbenbilde der Sonne u. der Planeten zeigen sich dieselben Linien, bei den Fixsternen aber sind sie sehr verschieden. Indessen scheint aber doch die Mannigfaltigkeit nicht ins Unendliche zu gehen; das Licht von Sirius und Castor (ob er schon Doppelstern) hat gleiches Verhalten; das des Pollux stimmt mit dem Sonnenlichte überein; Procyon, α Orionis, und noch einige welche wir bis jetzt untersucht haben, sind ganz eigen. Wichtiger als alles dies, für den Astronomen, ist aber der Umstand, daß das Licht aller Gestirne welche wir bis jetzt untersucht haben, genau dieselbe Brechbarkeit hat; wenigstens durch Glas, woraus man aber auch wol auf die durch Luft schließen darf.

In der Einschätzung der Wichtigkeit der angestellten Untersuchungen hat sich Soldner geirrt. Er konnte nicht ahnen, dass gerade mit der Erforschung der Eigenschaften der dunklen Linien in den Sternspektren der Grundstein für eine der wichtigsten Beobachtungsmethoden der modernen Astrophysik gelegt wurde, deren Siegeszug bis heute anhält. Mit nur wenigen Ausnahmen reagierte die wissenschaftliche Welt überhaupt nicht auf Fraunhofers revolutionäre Entdeckungen. Aus dem Zeitgeist heraus ist dies durchaus verständlich, denn es öffnete sich ein vorher unsichtbarer Himmel mit Informationen, die nicht mehr ohne weiteres mit den gewohnten Sinnen erfasst und interpretiert werden konnten. Das scheinbare Chaos der dunklen Linien stand ganz im Gegensatz zur Erhabenheit des gestirnten Himmels. Man war mit dem Mathematiker und Philosophen Auguste Comte (1798–1857) tief verwurzelt in der Meinung: Jede Forschung, die nicht schließlich reduzierbar ist auf einfache visuelle Beobachtungen, ist deshalb notwendigerweise unerlaubt in unserem Studium der Sterne. Auch der Dichterfürst und Verfasser der Farbenlehre Johann Wolfgang v. Goethe (1749–1832) war überzeugt: Der Mensch an sich selbst, in so fern er sich seiner gesunden Sinne bedient, ist der genaueste physikalische Apparat, den es geben kann. Für den Naturforscher Alexander v. Humboldt (1769–1859) sollten alle Sinnesempfindungen durch das Auge übersetzt werden, da das Auge, wissenschaftlich und metaphorisch, Organ der Weltanschauung bleibt. Es drängt sich hier Platons berühmtes Höhlengleichnis auf, in dem die Höhlenbewohner die Realität hinter ihrer schattenhaften Wahrnehmung nicht erkennen können und auch gar nicht wollen.

Offenbar war es nur der Physiker Ernst Florens Friedrich Chladni (1756–1827), der die Tragweite der Fraunhoferschen Arbeiten erahnte. Er war durch seine Klangfiguren, die akustische Phänomene visualisierten, offenbar sensibilisierter und aufgeschlossener für die Vorstellung, dass die Linien die Manifestation eines verborgenen Himmels sein könnten. Schon am 30. Januar 1818 schrieb er mit prophetischem Weitblick an Ludwig Wilhelm Gilbert (1769–1824), den Herausgeber der Annalen der Physik, über Fraunhofers Forschungsergebnisse: Herrn Fraunhofers zu Benediktbeurn Entdeckung der verschiedenen Systeme von Streifen in dem Lichtspektrum der Sonne und anderer Sterne, wovon in Ihren Annalen Nachricht gegeben wird, scheint mir unter die wichtigsten zu gehören, die seit geraumer Zeit zum Vorschein gekommen sind. Der wackere Entdecker scheint selbst nicht einmal ganz zu ahnen, welches weite Feld, nicht nur für die Untersuchung über die verschiedene Brechbarkeit des Lichts, sondern auch für Erweiterung unserer physisch-astronomischen Kenntnisse dadurch eröffnet worden ist. Wenn an recht vielen Fixsternen das einem jeden insbesondere zukommende Licht- oder Streifensystem vermittels eines möglichst vervollkommneten Apparats genau beobachtet, und eben so, wie es mit dem Spektrum des Sonnenlichts geschehen ist, in Zeichnungen, wo möglich mit Messung der Winkel dargestellt würde, – so könnte uns dieses in der Folge, wenn man (vielleicht erst nach Jahrhunderten) Veränderungen in den Lichtsystemen beobachten sollte, Aufschlüsse über die qualitative Veränderlichkeit mancher Fixsterne verschaffen. Für eine solche Arbeit würde man, wie Chladni meinte, Fraunhofer oder einem anderen noch in spätesten Zeiten dankbar sein.

Es ist nicht bekannt, warum Fraunhofer und Soldner ihre Experimente Anfang April 1820 abgebrochen und nie wieder fortgesetzt haben. Das Prismafernrohr verblieb jedenfalls in der Sternwarte zu Bogenhausen.

Nach diesen Highlights des Jahres 1820 wurde es merklich ruhiger an der Sternwarte Bogenhausen. Soldner sah seine Mission darin, mit seinen hervorragenden Instrumenten die Fundamentalsterne sowie die Positionen der Sonne, des Mondes und der Planeten zu vermessen. Denn er war gefangen in einer noch lange vorherrschenden Auffassung, die Bessel 1840 wie folgt formulierte: Die Astronomie hat keine andere Aufgabe, als Regeln für die Bewegung jedes Gestirns zu finden, aus welchem sein Ort, d. h. seine Geradeaufsteigung und Abweichung, für jede beliebige Zeit, folgt. Das Jahr 1827 brachte dann eine einschneidende Änderung im Betrieb der Sternwarte. Schon ab 1823 hatte ein schmerzhaftes Leberleiden Soldners Arbeitskaft immer mehr in Mitleidenschaft gezogen, so dass er schließlich Ende 1827 die aktive Beobachtungstätigkeit einstellen musste. Anfang 1828 übertrug er daher seinem jungen schottischen Gehilfen John Lamont die Aufgabe, alle Messungen durchzuführen und beschränkte sich bis zu seinem Tode auf die Leitung der Geschäfte der Sternwarte. Am 13. Mai 1833 beschloß er sein einsames, aber tätiges und wirkungsreiches Leben, tief betrauert von Freunden und Geschwistern, von denen zwei dem am 15. Mai abends 6 Uhr von der Kgl. Sternwarte aus nach dem Bogenhauser Kirchhofe sich bewegenden Leichenzuge folgten. Soldner war nicht verheiratet, da er der Meinung war, Kinder würden zuviel Unruhe in die Sternwarte bringen und ihn bei der Arbeit nur stören. Seine Leistungen waren 1825 durch die mit dem persönlichen Adel verbundene Verleihung des Ritterkreuzes des bayerischen Zivilverdienstordens, der Aufnahme in die Astronomical Society of London und der 1829 erfolgten Auszeichnung mit dem Ritterkreuz der französischen Ehrenlegion gewürdigt worden. Heute trägt eine Straße in Bogenhausen seinen Namen und seit 1962 erinnert vor dem bayerischen Vermessungsamt, dem heutigen Landesamt für Vermessung und Geoinformation, ein Denkmal an ihn.

[Soldner-Epitaph an der Kirchenwand von St. Georg in Bogenhausen][Zum Gedenken an Soldner aufgestellte Kugel]

Links: Soldner-Epitaph an der Kirchenwand von St. Georg in Bogenhausen. Sein Grab ist nicht mehr vorhanden. Rechts: Seit 1962 steht zum Gedenken an Soldner eine massive Kugel mit über zwei Meter Durchmesser aus Nagelfluh (Herrgottsbeton) vor dem Landesamt für Vermessung und Geoinformation in München, die das Erdellipsoid darstellen soll. Sie wird umschlungen von einigen Bronzekreisen, die die Soldnerkugel symbolisieren und die Inschrift tragen: CAELUM DIMENSURAVI TELLUSQUE BAVARIAE (Den Himmel habe ich vermessen und das Land Bayern).

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