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DIE MESSUNG DER LICHTGESCHWINDIGKEIT

OLE RØMER (1644–1710)

IM KONTEXT

GEBIET

Astronomie und Physik

FRÜHER

1610 Galileo Galilei entdeckt die vier größten Jupitermonde.

1668 Giovanni Cassini erstellt die erste genaue Tabelle zur Vorhersage von Verfinsterungen der Jupitermonde.

SPÄTER

1729 James Bradley berechnet die Lichtgeschwindigkeit anhand von Änderungen an den Sternpositionen. Sein Ergebnis ist 301 000km/s.

1809 Jean-Baptiste Delambre wertet 150 Jahre Beobachtungen der Jupitermonde aus und berechnet die Lichtgeschwindigkeit mit 300300km/s.

1849 Hyppolite Fizeau misst die Lichtgeschwindigkeit im Labor, statt sie aus astronomischen Daten zu berechnen.

Jupiter hat zwar viele Monde, doch mit den Teleskopen des späten 17. Jahrhunderts, die Ole Rømer benutzte, waren nur die vier größten (Io, Europa, Ganymed und Kallisto) sichtbar. Laufen diese Monde durch den Jupiterschatten, werden sie verfinstert, und zu gewissen Zeiten – abhängig von den Relativpositionen von Erde und Jupiter auf ihren Umlaufbahnen – lässt sich beobachten, wie sie in den Schatten eintreten oder ihn verlassen. Knapp die Hälfte des Jahres sind die Mondfinsternisse nicht zu sehen, weil die Sonne zwischen Erde und Jupiter steht.

Als Ole Rømer in den späten 1660er-Jahren an das Königliche Observatorium in Paris kam, veröffentlichte dessen Direktor Giovanni Cassini Tafeln mit den Finsternissen der Jupitermonde. Aus den Zeitpunkten dieser Finsternisse sollte sich die geografische Länge bestimmen lassen: Die Längenmessung hing von der Bestimmung der Differenz zwischen der Uhrzeit an dem betreffenden Ort und der Uhrzeit an einem Referenzmeridian (in diesem Fall Paris) ab. Zumindest an Land ließ sich aus diesen Informationen die Länge berechnen, indem man den beobachteten Zeitpunkt der Verfinsterung eines Jupitermonds mit der für Paris vorhergesagten Zeit verglich. An Bord eines Schiffes jedoch standen Teleskope niemals ruhig genug, um die Finsternisse zu beobachten. Die Längenbestimmung auf See wurde daher erst in den 1730er-Jahren durch die ersten Marinechronometer von John Harrison ermöglicht.

Endlich oder unendlich schnell?

Rømer untersuchte die Finsternisse des Mondes Io aus einem Zeitraum von zwei Jahren und verglich die Zeitpunkte mit denen in Cassinis Tafeln. Dabei fiel ihm auf, dass zwischen den Beobachtungen, als die Erde dem Jupiter am nächsten stand, und den Beobachtungen bei maximaler Entfernung zwischen den Planeten eine Diskrepanz von elf Minuten vorlag. Sie ließ sich durch die bekannten Bahnunregelmäßigkeiten von Erde, Jupiter und Io nicht erklären. Also musste sie mit der Zeit zusammenhängen, die das Licht von einem Ende der Erdbahn zum anderen benötigte. Rømer kannte den Durchmesser der Erdbahn und konnte damit die Lichtgeschwindigkeit berechnen. Er kam auf 214000km/s und lag damit rund 25 Prozent neben dem modernen Wert von 299792 km/s. Trotzdem war es eine ausgezeichnete Näherung, die zudem die zuvor offene Frage löste, ob Licht eine endliche Geschwindigkeit hat.

»Für eine Strecke von etwa 3000 Wegstunden, die etwa dem Durchmesser der Erde entspricht, braucht das Licht nicht einmal eine Sekunde.«

Ole Rømer

An Position 1 auf der Erdbahn tritt die Verfinsterung des Jupitermonds Io etwas später ein als vorhergesagt, an Position 2 dagegen früher. Rømer führte den Unterschied auf den weiteren Weg zurück, den das Licht von Io aus zurücklegen muss.

Isaac Newton akzeptierte bereitwillig Rømers Hypothese, dass Licht sich nicht augenblicklich ausbreitet, andere konnten Rømers Argumentation jedoch nicht nachvollziehen. Cassini etwa betonte, dass die Diskrepanzen in den Beobachtungen der anderen Monde nicht berücksichtigt worden seien. Rømers Ergebnisse wurden erst allgemein anerkannt, als der englische Astronom James Bradley durch Messung der Sternenparallaxe einen genaueren Wert der Lichtgeschwindigkeit bestimmte.

Ole Rømer

1644 in Aarhus geboren, studierte Ole Rømer an der Universität Kopenhagen. Nach dem Studium half er dabei, die Beobachtungen von Tycho Brahe zur Publikation vorzubereiten. Bei seinen eigenen Beobachtungen zeichnete er an Brahes altem Observatorium in Uranienburg bei Kopenhagen die Zeitpunkte von Verfinsterungen der Jupitermonde auf. Dann wechselte er nach Paris an die königliche Sternwarte unter Giovanni Cassini. 1679 besuchte er England und lernte dort Isaac Newton kennen.

1681 kehrte Rømer als Professor für Astronomie nach Kopenhagen zurück. Seine Aufgaben waren die Modernisierung der Maße und Gewichte, des Kalenders, der Bauordnungen und sogar der Wasserversorgung. Seine Aufzeichnungen wurden 1728 bei einem Feuer zerstört.

Hauptwerk

1677 Die Entdeckung und die Berechnung der Lichtgeschwindigkeit