Joseph Fraunhofer und die Astronomie
Am 7. Juni 1826 starb der in Straubing geborene Joseph Fraunhofer in München. Über sein Leben berichte ich in meinem Buch Helden des Himmels.
Anlässlich des 200. Todestags hier ein paar Fakten, die speziell für Amateurastronomen interessant sind.
Foto links: Fraunhofer-Statue in München
Überragende Linsen aus Benediktbeuern
Fraunhofer war nicht der erste, der einlinsige Teleskopobjektive mit doppellinsigen ersetzte - um ein schärferes, farbreineres Bild zu erzielen.
Die Brechung des Glases wird von den Ausgangsstoffen (Sand, Soda, Kalk oder Blei) und diversen Zuschlägen bestimmt. Fraunhofer verbesserte die nun farbreineren Optiken durch passende Glassorten, durch einen Luftspalt zwischen den Linsen und durch die systematische Optimierung der Fertigungsverfahren.
Das Glas für die Linsenkombinationen wurde in der Glaswerkstatt von Utzschneider, Reichenbach und Fraunhofer bei 1.300° C hergestellt. Fraunhofer gab den Linsen oft auch den letzten Schliff.
Sie wurden nicht nur in Teleskopen, sondern z.B. auch in Instrumenten zur Landvermessung eingesetzt.
Standort dieser Werkstatt seit 1807 (Fotos oben): Ein ehemaliges Benediktinerkloster, einst Buron, dann Benediktbeuern genannt. Im 8. Jahrhundert gegründet, verfügte es über enge Kontakte nach Trentino und Venetien. 1803 wurde das Kloster auf Anordnung des Kurfürsten Max IV. Joseph säkularisiert.
In der Klosterbibliothek fand man damals eine mittelalterliche Liedsammlung aus dem 13. Jahrhundert, später von Carl Orff neu vertont: Der Titel Carmina Burana verweist auf den Fundort (Burana steht für Buron, Beuern bzw. Benediktbeuern).
Die meisten der Refraktoren besaßen bald Objektive aus Benediktbeuern und damit aus der Hand Joseph Fraunhofers.
Die von ihm perfektionierte Doppellinsen-Technik reduzierte eine zumeist unerwünschte Eigenschaft der Brechung: Sie ist von der Wellenlänge (salopp: "Farbe") des Lichts abhängig. Denn eine einfache Fernrohrlinse vereint beim Scharfstellen nur das Licht einer einzigen Wellenlänge im Brennpunkt. Alles andere bleibt unfokussiert und bildet eine Art Halo ums anvisierte Objekt. Es existiert also ein störender Farbfehler.
Das doppellinsige Objektiv vereint hingegen das Licht zweier Wellenlängen im Brennpunkt. Man spricht daher von Achromaten ("ohne Farbe").
Heute gibt es auch noch bessere, dreilinsige Apochromaten. Doch die sind teurer, v.a. bei großen Öffnungen.
Die besten von Fraunhofers Objektiven fanden in Spitzenteleskopen Platz.
Besonders berühmt wurde 1824 das 24 cm weite Linsenteleskop der Sternwarte Dorpat (heute Tartu). Ein gleichartiges Instrument (Foto links) erhielt 1829 die Sternwarte Berlin. Damit gelang u.a. Entdeckung des Neptun.
Mittlerweile übertreffen Amateurteleskope (wenngleich mit Spiegeln statt mit Linsen als Objektiv) durchaus die Lichtsammelleistung der damaligen Riesenrefraktoren.
Gespaltene Optik entschlüsselt Sterndistanzen
Mitunter zerschnitt Fraunhofer ein Objektiv. Die Hälften ließen sich messbar gegeneinander verschieben, Sternabbildungen so zur Deckung bringen. Derartige Heliometer baute man zunächst zur exakten Bestimmung des Sonnendurchmessers, wobei natürlich sichere Schutzfilter vor dem Teleskop montiert werden mussten.
Nachts wollte man später mit den Heliometern winzige Winkel zwischen Sternen ausloten. Hierbei wandte man sich optischen (!) Doppelsternen zu. Im Gegensatz zu den physikalischen Doppelsternen weilen die beiden Sternpartner bei den optischen Doppelsternen nur zufällig in der selben Blickrichtung - tatsächlich steht uns eine Komponente aber wesentlich näher als die andere.
In Widerspiegelung der jährlichen Erdbewegung um die Sonne sollte die nähere Komponente eine Ellipsenbewegung in Relation zur ferneren vollführen. Allerdings war diese Bewegung lange Zeit zu winzig, um mit Teleskopen erfasst zu werden.
Schon Galilei fahndete danach: Für ihn wäre sie ein unumstößlicher Beweis gewesen für die Bewegung der Erde. Diese wurde von den meisten seiner Zeitgenossen geleugnet. Ab 1616 durfte man sie nicht einmal mehr behaupten.
Der Stern Mizar im Großen Bären zerfällt bei sorgfältiger Betrachtung schon fürs freie Auge in zwei Komponenten: Mizar und Alkor. Ab 1609 konnte man auch Teleskope auf den Himmel richten.
Benedetto Castelli hatte 1617 den Stern Mizar selbst wiederum in zwei Komponenten getrennt. Er wollte seinem Freund Galilei die Beobachtung desselben ans Herz legen - um die vom Vatikan gerade verbotene Erdbewegung an ihm nachzuweisen. Aus Angst, jemand könnte seinen Brief abfangen, vernebelte er den Fund und die erhofften Perspektiven jedoch. Mizar sei eines der schönsten Dinge am Himmel, schrieb Castelli sinngemäß: Nichts könnte "unserer Sache" besser dienen ...
Im 19. Jahrhundert stand die Erdbewegung außer Streit. Nun wollte man die sogenannte Fixsternparallaxe für einen anderen Zweck nutzen: Denn je näher der Stern ist, desto größer musste die perspektivisch bedingte Widerspiegelung der Erdbewegung bei ihm ausfallen.
Somit sollte es erstmals möglich sein, eine Sterndistanz zu bestimmen. Mit einem Heliometer Fraunhofers wurde 1838 in Königsberg tatsächlich die erste Sterndistanz absteckbar: Und zwar beim Stern 61 Cygni.
Das mit 21,7cm größte je im Einsatz befindliche Heliometerobjektiv (Baujahr 1894) besaß die Kuffner-Sternwarte in Wien-Ottakring (Foto links).
Heliometer kamen später aus der Mode. Heute setzen Profis wie Amateure fotografische Verfahren für astrometrische Zwecke ein.
Nur noch an einer Achse drehen
Fraunhofer ersann auch eine spezielle Montierungsart, die unter der Bezeichnung Deutsche Montierung bekannt wurde. Hier musste man das Teleskop nicht mehr um zwei, sondern bloß um eine Achse drehen, um die Erdrotation auszugleichen.
Die Drehung dieser Achse wurde zunächst von Hand ausgeführt, dann überantwortete man sie einem Uhrwerk. Später kamen Synchronmotoren zum Einsatz, die sich an der Netzfrequenz orientierten (solche Motoren trieben auch die legendären Hammondorgeln an).
Heute nützt man Schrittmotoren bzw. Gleichstrommotoren mit Encodern.
Charakteristisch für die Deutsche Montierung ist jedenfalls das schwere Gegenwicht auf einer der beiden Achsen (siehe Foto oben). Mittlerweile gibt es übrigens auch (teurere) gegengewichtslose Montierungen, die der Industrieroboter-Technik entsprangen.
Speziell im Amateurbereich trifft man auch noch andere Montierungsarten an, wie etwa die Rahmenmontierung oder schlichtere Dobson-Montierung.
Inventur im Lichtspektrum
Fraunhofer suchte nach klaren Markierungen im Lichtspektrum (Foto oben), um die Brechkraft von Glassorten (ermittelt mit Glasprismen) besser beurteilen zu können. Die boten sich in Form der dunklen Linien, von denen er gut 500 im Sonnenspektrum kartierte. Mitunter nennt man sie noch Fraunhofer-Linien.
Die von Fraunhofer vergebenen Buchstaben für die einzelnen Linien sind kaum noch in Verwendung, sieht man vom D für die Doppellinie des (wie wir heute wissen) Natriums ab (Foto oben, im gelben Abschnitt). Bald erweiterte Fraunhofer seine Spektraluntersuchungen auf helle Sterne.
Neben Prismen (links originale Glasprismen Fraunhofers) schuf er Gitter mit bis zu 330 Linien pro mm. Gitter mit 100 bis 200 Linien werden heute gern von Amateuren benutzt. Links unten:
Modernes Einschraubgitter mit 100 Linien
Diese optischen Gitter basieren auf der Lichtbeugung, welche auch die Auflösung der besten Teleskope begrenzt. Daher studierte Fraunhofer natürlich auch Beugungsphänomene.
Später zeigten die Untersuchungen von Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Robert Kirchhoff in Heidelberg: Die dunkeln oder auch hellen Linien sind charakteristisch für die beteiligten chemischen Elemente, quasi deren Fingerabdrücke im Licht: Die Spektralanalyse war geboren und der Grundstein für die Astrophysik gelegt (ausführlicher Artikel über Kirchhoff).
Später erkannte man: Die Linien verlassen ihren angestammten Platz, sofern sich das Himmelsobjekt auf den Beobachter zu- oder von ihm wegbewegt. Dank der Linienverschiebung, begründet durch den Doppler-Effekt, wurden radiale Geschwindigkeiten im All messbar. Sogar die ersten Exoplaneten gingen den Astronomen später so ins Netz.
Heute betätigen sich sogar spezialisierte Amateure im Feld der Spektralanalyse. Relativ leicht lässt sich das Tempo des in alle Richtungen davon eilenden Wasserstoffs im Spektrum von Novae abstecken. Die besten Amateure weisen im schwachen Spektrum von Quasaren sogar die kosmologische Rotverschiebung nach - und damit die Expansion des Kosmos.
Schon in seinen Dreißigern hochgerühmt
Ab 1821 folgte Ehrung auf Ehrung für den Autodidakten. So erhielt er unter anderem die Ehrendoktorwürde der Universität Erlangen und wurde von der Bayerischen Akademie der Wissenschaften zum ordentlichen Mitglied gewählt. 1824 erhob man ihn in den Ritterstand und ernannte ihn zum Ehrenbürger der Stadt München.
Der schon zu Lebzeiten hochgerühmte Perfektionist Joseph Fraunhofer starb, erst 39 Jahre alt, an Lungentuberkulose. Er wurde am Münchener Südfriedhof beigesetzt.
In München erinnern das Bronzestandbild in der Maximillianstraße und die Fraunhoferstraße an den genialen Optiker. In seinem Geburtsort Straubing existiert die Fraunhofergasse.
In meinem Wohnbezirk Wien-Floridsdorf gibt es, zu Ehren Fraunhofers, die Frauenhofergasse - und zwar seit einem Beschluss des Gemeinderats im Jahr 1913.
Bei der Schreibweise des Namens ließ der Wiener Gemeinderat allerdings jeden Perfektionismus vermissen.
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