Venusvorrübergänge in der Forschung

Die Durchgänge innerer Planeten vor der Sonnenscheibe bieten die Möglichkeit zur Bestimmung der Größe des Sonnensystems. Erste Versuche, die Methode bei Merkurdurchgängen vor der Sonnenscheibe anzuwenden, machten klar, dass mit der Venus auf Grund ihres geringeren Abstandes zur Erde genauere Ergebnisse erreicht werden können. So spielte vom 17. bis zum 19. Jahrhundert die Beobachtung von Venusvorrübergängen für die Bestimmung des Abstands der Erde von der Sonne eine große Rolle.

Die Astronomische Einheit

Das dritte Keplersche Gesetz definiert die relativen Abstände der Planeten von der Sonne. Um jedoch die absoluten Entfernungen zu ermitteln, ist die Kenntnis mindestens eines absoluten Planetenabstands erforderlich. Die Distanz zwischen Erde und Sonne kann darüber hinaus auch für das Eichen anderer Methoden zur Entfernungsbestimmung verwendet werden, die ebenfalls relative Maßzahlen liefern, und wird so zum „Meter der Astronomie“.

Wegen ihrer Bedeutung wird die Entfernung Erde-Sonne als eigene Maßeinheit, die Astronomische Einheit (AE, oder englisch AU) festgelegt. Ursprünglich war sie als die Länge der großen Halbachse der elliptischen Erdbahn definiert. Die Verbesserung der Messgenauigkeit im Laufe des letzten Jahrhunderts und damit einhergehende leicht veränderte Definitionen der Grundeinheiten unseres Einheitensystems führten dazu, dass die heute verwendete Astronomische Einheit wenige Kilometer von der tatsächlichen Achslänge der Erdbahn abweicht.

Die Astronomische Einheit entspricht der Sonnenparallaxe. Aus diesem Grund wurde ihre immer genauere Messung über viele hundert Jahre verfolgt.

Beobachtung von Venusvorrübergängen

„The Founder of English Astronomy“, Gemälde von Eyre Crowe (1891). Jeremiah Horrocks observes the Sun. Quelle: ESO

Die erste Beobachtung eines Venusvorrübergangs durch Astronomen fand 1639 statt. Johannes Kepler hatte, wenn auch nicht sehr genau, einen Merkurvorrübergang für 1731 und die beiden Venuspassagen von 1731 und 1739 vorausgesagt, als er zehn Jahre nach dem ersten Erscheinen seiner Rudolphinischen Tafeln Auszüge aus ihnen vorbereitete. Eine Beobachtung von Europa aus war 1739 möglich. Die beiden englischen Astronomen Jeremiah Horrocks und sein Freund William Crabtree beobachteten das Ereignis. Crabtree fand einen der Realität sehr nahen Winkeldurchmesser der Venus von 1’ 3” und Horrocks kam auf 1’ 12”. Es wurde wie zuvor bei Merkur klar, dass die Venus viel kleiner und das Sonnensystem damit viel größer als erwartet sein musste. Durch geometrische Überlegungen, die wir heute nicht mehr als strikt logisch akzeptieren, berechnete Horrocks eine Sonnenparallaxe von 10” und damit eine Astronomische Einheit, die ungefähr zwei Dritteln des tatsächlichen Wertes entsprach.

Die Sonnenparallaxe kann nicht direkt gemessen werden. Eine indirekte Methode ist die Verwendung von täglichen Planetenparallaxen zum günstigsten Zeitpunkt dafür in der Oppositionsstellung, wenn sich Erde und Planet am nächsten sind. Voraussetzung für die Berechnung ist die genaue Kenntnis des Durchmessers der Erde. Seine erste verlässliche Bestimmung wurde 1669/1670 von Jean-Luc Picard durchgeführt. Nicolas Louis de Lacaille führte 1751 eine genauere Messung der Marsparallaxe durch. Aus ihr wurde eine Sonnenparallaxe von 10” abgeleitet (heutiger Wert 8,79”) und es zeigte sich erneut, dass das Sonnensystem größer ist, als bisher angenommen wurde.

Fort Venus. Beobachtungsplatz der Expedition unter James Cook 1769 auf Tahiti. Quelle: Wikipedia.

Edmond Halley schlug im Jahr 1716 ein Experiment vor, bei dem durch Beobachtung eines Vorrübergangs der Venus vor der Sonne von Orten unterschiedlicher geographischer Breite aus, die Sonnenparallaxe mit vergleichsweise einfachen Mitteln bestimmt werden kann. Die Methode war erstmals von James Gregory in seinem Buch Optica Promota aus dem Jahr 1662 beschrieben worden. Halley versuchte 1676 einen Merkurvorrübergang entsprechend zu nutzen, erreichte jedoch keine ausreichende Genauigkeit. Er erkannte, dass die der Erde nähere Venus bessere Voraussetzungen bietet. Die nächsten Gelegenheiten mit der Venus ergaben sich in den Jahren 1761 und 1769. Eine Reihe von Expeditionen aus verschiedenen Ländern machte sich zur Beobachtung des Venusvorrübergangs 1761 auf den Weg und hatte nicht nur wissenschaftliche Herausforderungen zu bestehen.

Photographische Aufnahme des Venustransit aus dem Jahre 1882. Quelle: U.S. Naval Observatory Library

Die erzielten Messergebnisse waren leider recht ungenau, so dass man auf die Wiederholung im Jahre 1769 hoffte. Da standen 151 Beobachter auf 77 Stationen bereit. Und wieder waren die Ergebnisse nicht befriedigend. Eine Endauswertung von Johann Franz Encke im Jahr 1852 konnte zwar einen genaueren Wert von 8.603” aus den Messungen ableiten, die Venusvorrübergänge 1874/1882 stießen aber trotzdem noch einmal auf großes wissenschaftliches Interesse und sollten zur Bestimmung eines genaueren Werte mit modernster Messtechnik genutzt werden. So kam es dann, dass 1874 insgesamt 50 Expeditionen, u.a. auch aus Deutschland, durchgeführt wurden. Auch dieser Versuch verlief enttäuschend weil zum einen ungeeignete Hilfsmittel eingesetzt und zum anderen vermutlich die erreichten Verbesserungen der Messtechnik überschätzt wurden.

Bereits etwas früher, 1872, wurde von Johann Gottfried Galle vorgeschlagen, Kleinplaneten zur Bestimmung der Sonnenparallaxe zu verwenden. Diese Idee konnte sehr erfolgreich angewendet werden, obwohl es noch einige Jahre dauerte, bis Asteroiden entdeckt wurden, die der Erde so nah kommen, dass die gewünschte Beobachtungsgenauigkeit erreicht wird.

Literatur

Angus Armitage. ”The astronomical work of Nicolas-Louis de Lacaille.“ Annals of Science. 12 (1956) 3: 163-191.

Dieter B. Herrmann. Kosmische Weiten : Geschichte der Entfernungsmessung im Weltall. Leipzig: Johann Ambrosius Barth, 1981.

—– Geschichte der modernen Astronomie. Berlin: Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1984.

Nicholas Kollerstrom. ”William Crabtree’s Venus transit observation.” Transits of Venus: New Views of the Solar System and Galaxy. Proceedings of IAU Colloquium No. 196, 2004. 37.4 (2010): 1141-63. Ed. D. W. Kurtz.

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Kategorien: Astronomie, Geschichte

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