Bessel und der Stern im Schwan

Die Bemühungen die Entfernung der Himmelskörper zu messen, reichen bis in die Antike zurück. Der Grieche Aristarch von Samos ermittelte, dass die Sonne zwanzig mal weiter von der Erde entfernt sei, als der Mond. Obwohl der Wert mangels technischer Möglichkeiten viel zu gering ausgefallen war, hatte die Annahme weitreichende Konsequenzen. Immerhin schlussfolgerte Aristarch aus seiner Messung, dass die Sonne sieben mal größer sein müsste, als die Erde, was den Gedanken nahe legte, die größere Sonne statt der Erde in den Mittelpunkt zu stellen.

Die Entfernung der Fixsterne zu messen, versuchten Astronomen bis ins 19 Jahrhundert, ohne auch nur ansatzweise zu einem Ergebnis zu kommen. Erst als Messgeräte mit der notwendigen Genauigkeit zur Verfügung standen, konnten Entfernungen gemessen werden, die jenseits aller menschlichen Vorstellung lagen.

 

 

Als Friedrich Wilhelm Bessel mal gerade fünfzehnjährig seine Geburtsstadt Minden verlässt, um in Bremen die Lehre eines Kaufmanns anzutreten, ahnt er nicht, auf welchen Weg ihn sein Talent einmal lenken würde.

Dabei hat er anfangs große Freude an seiner auf sieben Jahre vereinbarten Lehre. Im Comptoir verbringt der Junge mehr Zeit, als verlangt. Nach ein paar Jahren aber füllt ihn die Tätigkeit nicht mehr aus. Der Handel mit fernen Ländern, der über die Hansestadt abläuft, beflügelt seine Fantasie. Expeditionen ausrüsten, die Kolonien bereisen, das sind die Ziele, auf die er hinarbeitet. Er lernt Sprachen und alles, was für die Seefahrt notwendig ist. Für die Nautik muss er sich mit Mathematik und Astronomie befassen. Um einmal in der Lage zu sein den Ort eines Schiffes auf See bestimmen zu können, beginnt Bessel mit einfachen praktischen Übungen. Mit handwerklicher Unterstützung baut er einen Sextanten mit Fernrohr. Durch Berechnungen bei einer Sternbedeckung des Mondes, ermittelt er die genaue geographische Breite Bremens. Die Übereinstimmung mit dem offiziellen Wert begeistert ihn. Noch immer glaubt er, das alles sei eine Vorbereitung auf die Seefahrt.

Die nächste Aufgabe, die er sich stellt, verlangt ihm alles ab. Aus früheren Positionsbestimmungen des Halleyschen Kometen will Bessel dessen Bahn um die Sonne berechnen. Er besorgt sich zu dem Thema Literatur und kniet sich in die Sache rein. Nach zwölf Stunden im Comptoir rechnet er an der Kometenbahn bis in die frühen Morgenstunden, zwei Monate lang. Am Ende liegt eine dreihundert Seiten lange Arbeit sauber abgeschrieben vor ihm. Was aber jetzt damit anfangen? In Bremen kann die Rechnung nur einer beurteilen: Wilhelm Olbers. Olbers, ein viertel Jahrhundert älter als Bessel, ist im Hauptberuf Arzt und beschäftigt sich nur nebenbei mit Astronomie. Dennoch laufen in Deutschland die Fäden in Sachen Astronomie bei ihm zusammen. Eine Frage, die er stellte, ging als Olbersches Paradoxon in die Geschichte ein. Wenn man das Weltall als unendlich groß annimmt, so seine Überlegung, dann müsste an jeder Stelle des Himmels ein Stern zu sehen sein, egal, wie weit weg er auch sei. Ein solcher mit Sonnen ausgefüllter Himmel müsste dann immer hell leuchten. Dennoch ist es in der Nacht dunkel.

An diesen berühmten Mann beschließt nun der junge Bessel sich zu wenden. Der schicksalhafte Tag ist der 28. Juli 1804. Mit seiner Abhandlung unter dem Arm wartet er an einer Straßenecke auf Olbers. Als er den Astronomen kommen sieht, spricht Bessel ihn klopfenden Herzens an. Bescheiden bittet er um die Erlaubnis „einen geringen astronomischen Versuch“, den er gewagt hat, vorlegen zu dürfen. Olbers, erfreut über solche Aktivitäten der Jugend, nimmt die Arbeit an. Am nächsten Tag schon kommt die Antwort. Olbers ist beeindruckt von der Genauigkeit der Rechnung und will die Arbeit veröffentlichen. Es ist der Beginn einer fruchtbaren Zusammenarbeit. Weitere Arbeiten Bessels folgen. Der Höhepunkt aus dieser Zeit ist ein Schreiben des Mathematikers Carl Friedrich Gauß, in dem Bessel gebeten wird, bei bestimmten astronomischen Berechnungen behilflich zu sein.

Im Jahr 1806 wird aus dem Kaufmann Bessel endgültig ein Astronom. In dem abgelegenen Dorf Lilienthal bei Bremen wird an einer Privatsternwarte eine Stelle frei. Das Observatorium ist mit ausgezeichneten Teleskopen bestückt. Der erst zweiundzwanzigjährige Bessel lernt den Umgang mit den Geräten, pflegt eine umfangreiche Korrespondenz und veröffentlicht weitere Arbeiten. An anderen Sternwarten zu arbeiten lehnt er ab, bis ihm kein Geringerer als Wilhelm von Humboldt anbietet, das neu zu gründende Observatorium in Königsberg in eigener Regie zu leiten. Auch sein Entdecker Olbers rät, die Stelle anzunehmen.

Als Bessel in Königsberg ankommt, ist noch nicht einmal der Standort für die neue Sternwarte festgelegt. In den Wirren des napoleonischen Krieges dauert es drei Jahre, bis ein erstes Fernrohr einsatzbereit ist.

Hier in Königsberg heiratet Bessel, wird Vater von zwei Söhnen und drei Töchtern und pflegt regen Umgang mit der gelehrten Gesellschaft der Stadt.

Bessels Leistung für die Astronomie ist unschätzbar. Er erstellt den damals genauesten Sternkatalog, die Grundlage für die spätere Bonner Durchmusterung. International erntet er Ehrungen und Preise, obwohl der ganz große Paukenschlag noch aussteht.

Seit drei Jahrhunderten beschäftigte die Astronomen die Frage nach der Entfernung der Fixsterne. Die Abstände der Planeten waren bekannt, aber was sich außerhalb des Sonnensystems befindet, entzog sich jeder Kenntnis. Eine theoretische Möglichkeit, die Entfernung eines Sterns zu bestimmen, gab es schon lange. Ein zu vermessender Fixstern müsste seine Position am Himmel ständig ändern, weil wir ihn beim Lauf der Erde um die Sonne immer aus einer anderen Richtung sehen. Zwei entgegengesetzte Punkte auf der Erdbahn liegen 300 Mio. km auseinander. Da sollte doch eine Verschiebung des Sterns gegen den Hintergrund zu messen sein. Wenn bei den Versuchen, eine solche Parallaxe nachzuweisen, eine Bewegung des Sterns gemessen wurde, war die Ursache immer eine andere gewesen.

James Bradley hatte bei solchen Messungen die Abberation des Lichtes, das von den Sternen kommt, entdeckt. Weil sich die Erde mit großer Geschwindigkeit entlang des einfallenden Lichtes bewegt, fällt ein Lichtstrahl mit einem geringfügig versetzten Winkel ein. Den gleichen Effekt hat man, wenn es zwar senkrecht regnet, der Regen aber immer mehr von vorn kommt, je schneller man sich darunter entlang bewegt.

Die Ursache dafür, dass bisher noch keine wirkliche Parallaxe nachgewiesen werden konnte, lag zum einen an der Genauigkeit der Instrumente, aber auch an der Auswahl der Sterne, die gemessen wurden. Noch immer waren die Astronomen der Meinung, dass uns die Sterne am nächsten sind, die am hellsten leuchten, was sich später als großer Irrtum herausstellte.

Der Kandidat, den Bessel zur Parallaxenbestimmung wählt, ist der 61 Cygni, ein unscheinbarer Stern im Sternbild Schwan. Jahr um Jahr vermisst er die Lage von 61 Cygni zu den ihn umgebenden Sternen. Trotz leichter Schwankungen, die Bessel nachweist, ist er sich nicht sicher.

Die entscheidende Hilfe kommt aus München. Mit einem Heliometer, einem Präzisionsgerät aus der Fraunhoferschen Werkstatt, gelingt Bessel nach fast dreitausend Messungen der zweifelsfreie Nachweis einer Parallaxe an 61 Cygni. Die Positionsverschiebung des Sterns beträgt während des jährlichen Umlaufs der Erde um die Sonne ganze 0,3136 Bogensekunden. Die Tatsache, dass ein Grad gleich 3600 Bogensekunden sind, zeigt, wie klein der Winkel ist, den Bessel gemessen hat.

Das Ergebnis für die Entfernung, die sich aus dem ermittelten Wert ergibt, übertrifft alle Erwartungen. Das Licht, das für die Entfernung von der Erde zum Mond eine Sekunde benötigt, das nach Verlassen der Sonnenoberfläche in acht Minuten die Erde erreicht, ist vom Stern 61 Cygni zehn Jahre unterwegs, bis es zur Erde gelangt und für uns sichtbar wird. Das sind bisher nicht gekannte Dimensionen, die jeden irdischen Vergleich absurd erscheinen lassen.

Der erste dem Bessel, noch bevor er sich an die Öffentlichkeit wendet, die Sensation mitteilt, ist der bereits achtzigjährige Wilhelm Olbers, dem er vor mehr als dreißig Jahren seine erste Arbeit überreicht hatte.