Wilhelm Herschel

Friedrich Wilhelm Herschel, englisch William Herschel (geb. 15. November 1738 in Hannover; gest. 25. August 1822 in Slough), war ein hannoveranisch-britischer Astronom und Musiker.

William Herschel.
Gemälde von Lemuel Francis Abbott, 1785. Öl auf Leinwand, 76,5 x 63,5 cm, National Portrait Gallery, London

Ehemaliges Wohnhaus Herschels in Bath, heute Gedenkstätte

Leben

Herschels Vater war Militärmusiker; der Sohn trat mit 14 Jahren als Oboist der kur-hannoverschen Fußgarde bei. Nach der Besetzung Hannovers 1757 durch französische Truppen entkam er nach England. Dort wirkte er als Musiklehrer, Komponist und Organist. 1766 wurde er Musikdirektor in Bath. Durch das Studium der mathematischen Musiktheorie angeregt, befasste er sich mit Mathematik sowie dem Bau und Verkauf astronomischer Instrumente. Mit dem Studium astronomischer Werke wuchs sein Interesse an der Astronomie, die sich für ihn nicht nur auf die Beobachtung von Mond, Planeten und Kometen erstreckte. Vielmehr wollte er die Objekte des Fixsternhimmels studieren und sogar eine vollständige Auflistung aller sichtbaren Sterne und Nebel erstellen. Hierzu waren die um 1770 gängigen Fernrohre und Spiegelteleskope jedoch technisch noch nicht imstande. So begann er, selbst Spiegelteleskope zu bauen, was ihm nach anfänglichen Misserfolgen auch gelang. Von 1766 an fertigte er zahlreiche Teleskope mit ständig wachsendem Durchmesser (und damit größerer Auflösung) an. Bei seinen Beobachtungen wurde Herschel von seinem Bruder Alexander und seiner Schwester Caroline unterstützt.

Schlagartig berühmt wurde Herschel, als er 1781 ein neues Objekt im Sonnensystem entdeckte: den Planeten Uranus. Er wurde zum Mitglied der Royal Society of London gewählt. König George III. sagte ihm eine jährliche Vergütung zu. So konnte er sich völlig seiner Liebhaberei, der Astronomie, zuwenden. Die Herschels siedelten von Bath nach Slough über. Er stellte in der Folgezeit Teleskope nicht nur für den eigenen Gebrauch her, sondern auch zur Aufbesserung seiner Einnahmen. 1788 heiratete er Mary Pitt, die Witwe eines seiner Nachbarn. Sein einziger Sohn John Frederick William Herschel wurde 1792 geboren. 1816 wurde er vom Prinzregenten, dem künftigen König Georg IV., zum Ritter geschlagen. 1817 wurde ihm das Ritterkreuz des Guelphen-Ordens verliehen. 1820 wurde er zum ersten Präsidenten der Royal Astronomical Society gewählt, die sein Sohn, der ebenfalls ein bedeutender Astronom war, mit Charles Babbage und anderen gegründet hatte. In Slough lebte und arbeitete er bis zu seinem Tod im Jahr 1822.

Herschel wurde in der St. Laurence Kapelle in Upton, Slough, begraben. Auf seinem Grabstein steht der lateinische Satz „Caelorum perrupit claustra“ (Er durchbrach die Grenzen des Himmels).

Der Mondkrater Herschel ist nach ihm benannt.

Entdeckungen

Uranus, Monde, Ringe und Nebel

Dr. Herschel (1814) - Dieser Punktierstich von James Godby nach einer Vorlage von Friedrich Rehberg zeigt Herschel vor dem Sternbild der Zwillinge, in dem er 1781 den „neuen“ Planeten Uranus entdeckte. Der winterliche Nachthimmel als Kulisse lässt Herschel hier als „romantischen Weisen“ erscheinen.

Seit prähistorischen Zeiten kannten die Menschen lediglich die fünf Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn. Die Entdeckung eines weiteren Himmelskörpers, der zum Sonnensystem gehört, war eine Sensation, obgleich Herschel anfangs meinte, es handele sich um einen Kometen. Er nannte dieses Objekt zunächst georgium sidus (Georgsgestirn). Nachdem festgestellt war, dass es wie die bekannten Planeten auf einer nahezu kreisförmigen Bahn lief, wurde es Uranus genannt. Mit dieser – rein zufälligen – Entdeckung war der Umfang des Sonnensystems auf das Doppelte angewachsen. Nach den zwei Monden Titania und Oberon (beide 1787) entdeckte er 1797 auch schon das Ringsystem des Uranus, das bis zu seiner erneuten Entdeckung 1977 jedoch als Irrtum abgetan wurde. Auch die Sichtung der Saturnmonde Mimas und Enceladus gehen auf sein Konto.

Herschels Interesse jedoch lag bei den nebligen Himmelsobjekten. Charles Messier hatte 1780/81 einen Katalog mit 103 nicht-punktförmig („neblig“) erscheinenden Objekten veröffentlicht; die Fachleute waren sich nicht einig, ob es sich dabei jeweils um unzählige Sterne oder aber um leuchtende Wolken oder Flüssigkeiten handelte. Vom Herbst 1782 an suchte Herschel gezielt nach weiteren Objekten dieser Art (bis 1802). Mit seinem überlegenen Gerät stellte er bald fest, dass er mehrere der „Nebel“ in Einzelsterne auflösen konnte. Er vermutete, dass auch die übrigen Objekte Sternhaufen seien und nur deshalb nicht aufgelöst werden könnten, weil sie viel weiter entfernt – und damit auch viel größer – seien als bis dahin gedacht. Diese im Jahr 1785 geäußerte Vermutung hat sich prinzipiell als zutreffend erwiesen. Jedoch konnte Herschel noch nicht wissen, dass es sich um grundverschiedene Typen handelte: echte leuchtende Gasnebel (wie der Orionnebel), Sternhaufen (wie die Plejaden oder M 13) und Galaxien (etwa der Andromedanebel).

Nebelklassifikation und Milchstraßenstatistik

Herschel führte als Erster eine Klassifizierung dieser Objekte ein. Er unterschied sie nach der scheinbaren Helligkeit, der Größe, der Regelmäßigkeit der Form und der Konzentration zur Mitte hin. Im Verlauf seiner Untersuchungen entwickelte er eine Theorie der Entstehung der Sternhaufen: Die Schwerkraft habe mit der Zeit aus losen Haufen dichter gepackte Systeme entstehen lassen. So führte er das Konzept der Entwicklung (oder Evolution) in die Astronomie ein: Der Sternhimmel war nunmehr nicht mehr ewig und unveränderlich. Herschel wurde damit zum Begründer des Erkenntnisbereiches Kosmologie.

Als er im Jahr 1790 einen Fixstern mit umgebender Wolke beobachtete, revidierte er seine frühere Ansicht. Er hielt es nun für möglich, dass sämtliche Sterne sich unter dem Einfluss der Schwerkraft aus einer Art Wolke aus Gas oder Flüssigkeit zusammengezogen hätten.

Auch Statistik und Wahrscheinlichkeitsüberlegungen nutzte er als erster Astronom: Er fand, dass ein Stück der Milchstraße, 15° lang und 2° breit, mehr als 50.000 deutlich erkennbare Sterne enthält. Aus der Verteilung der Fixsterne suchte er die Gestalt der Milchstraße abzuleiten. Er kam zu dem Ergebnis, dass es sich um eine linsenförmige Ansammlung von Sternen handele. Da er annahm, sämtliche Fixsterne hätten dieselbe absolute Helligkeit, glaubte er, aus der scheinbaren Helligkeit auf den Abstand schließen zu können. Dieser Ansatz erwies sich später als falsch. Von Herschel stammen auch die ersten Versuche, die Bewegung des Sonnensystems im All zu bestimmen – eine Arbeit, die allerdings erst von Argelander unter anderem mit schärferen Teleskopen erfolgreich in Angriff genommen werden konnte.

Auch stellte er fest, dass nicht alle Doppelsterne nur zufällig so angeordnet sein konnten (visuelle Doppelsterne). Es musste vielmehr eine beträchtliche Anzahl geben, die durch Schwerkraft aneinander gebunden sind (physische Doppelsterne). Er war in der Lage, die Kreisbewegung bei einigen dieser Sternpaare zu beobachten, und begann mit systematischen Helligkeitsvergleichen der Komponenten.

Doppelsterne und Lichtspektrum

Im Laufe der Zeit erstellte er einen Katalog nebliger Objekte mit mehr als 2500 Eintragungen („Herschel-Katalog“ genannt) sowie einen Katalog mit 848 Doppelsternen. Ohne die selbstlose Mithilfe seiner Schwester Caroline wären diese Kataloge nicht zustande gekommen.

Obwohl sein besonderes Interesse lebenslang dem Fixsternhimmel galt, vernachlässigte er die Objekte des Sonnensystems nicht: er entdeckte die Uranusmonde Titania und Oberon sowie die Saturnmonde Mimas und Enceladus – womit er der einzige Mondentdecker des 18. Jahrhunderts war. Er bestimmte beim Saturn die Rotationsperiode und wies beim Mars jahreszeitliche Veränderungen nach. Aus der Beobachtung des Lomonossow-Effekts zog er den Schluss, dass die Venus eine Atmosphäre haben müsse. Lomonossow hatte dies bereits 1761 vermutet, jedoch nicht publiziert.

Herschel entdeckte im Jahr 1800 die Infrarotstrahlung, indem er Sonnenlicht durch ein Prisma lenkte und hinter dem roten Ende des sichtbaren Spektrums ein Thermometer anbrachte. Die Temperatur stieg in diesem Bereich, und Herschel schloss daraus, dass dort eine unsichtbare Form von Energie wirksam sein müsse.

Herschels Beobachtungen waren nur durch die bis dahin außergewöhnliche Lichtleistung seiner Teleskope möglich, jedoch beeinträchtigt durch ihre unzureichende Schärfeleistung. Er war ein außergewöhnlich talentierter und unermüdlicher Beobachter; seine Lösungsansätze waren (manchmal allzu) kühn, jedoch immer wegweisend.

Sonnenflecken und Klima

Herschel brachte als erster Forscher einen Einfluss der Sonne auf das Klima ins Gespräch. Er verglich historische Beobachtungen der Sonnenflecken und als Indikator für das Klima die Entwicklung der Weizenpreise.

„The result of this review of the foregoing five periods is, that, from the price of wheat, it seems probable that some temporary scarcity or defect of vegetation has generally taken place, when the sun has been without those appearances which we surmise to be symptoms of a copious emission of light and heat.”“

– Sir William Herschel: Phil. Trans. Roy. Soc. London, 91, 265 (1801), vgl. zitiert nach

Die These eines Zusammenhangs von Klima und Sonnenflecken war zu Herschels Zeiten sehr umstritten und ist dies auch heute noch.

Herschels Teleskope

Lichtgang in einem Herschel-Lomonosov-Spiegelteleskop

Herschel erfand eine Alternative zum seitlichen Einblick des Newton-Teleskops, weil seine Spiegel dafür groß genug waren. Dazu schreibt Meyers Konversationslexikon 1885:

„Bei den Riesenteleskopen von Herschel und Lord Rosse, deren Spiegel 1–2 m Durchmesser hatten, war ein solches zweites Spiegelchen [Anm.: Fangspiegel] und somit auch der von ihm herbeigeführte Lichtverlust durch einen einfachen Kunstgriff vermieden. Der Hohlspiegel (ss, Fig. 5) ist nämlich gegen die Achse des Rohrs ein wenig geneigt, so daß das Bildchen nahe an den Rand des Spiegels zu liegen kommt und daselbst durch eine Okularlinse o betrachtet werden kann. Dabei tritt freilich der Kopf des Beobachters teilweise vor die Öffnung des Rohrs, was aber bei dem großen Durchmesser des Spiegels von geringem Belang ist. Herschel nannte sein Instrument Front view telescop, d. h. Vornschaufernrohr.“

Das Verfahren setzt ein vergleichsweise niedriges Öffnungsverhältnis (Spiegeldurchmesser/Brennweite) voraus. Die Verkippung des Hauptspiegels gegen die optische Achse des Teleskops führt sonst zu starken Abbildungsfehlern (vlg. Schiefspiegler).

Wilhelm Herschels 40-Fuß-Spiegelteleskop

Von der Vielzahl von Teleskopen, die Herschel baute und benutzte, sind besonders zu erwähnen:

• Den Planeten Uranus entdeckte Herschel mit einem Spiegelteleskop von 6 Zoll (etwa 15 cm) Durchmesser und 7 Fuß (etwa 210 cm) Brennweite.
• Für seinen Nebel-Katalog benutzte er hauptsächlich ein Gerät mit einem 18,7-Zoll (47,5 cm) Spiegel und 20 Fuß (6,1 m) Brennweite (ab 1783).
• Sein größtes Teleskop (s. Abb.) wurde 1789 unter seiner Anleitung gebaut und hatte einen Spiegeldurchmesser von 48 Zoll (122 cm) und eine Länge von 40 Fuß (12 m). Das Öffnungsverhältnis lag damit bei etwa 1:10. Es wurde erst zwei Generationen später von Lord Rosses „Leviathan“ übertroffen. Das 48-Zoll-Teleskop wurde 1839 durch einen Sturm zerstört.

Herschel baute ausschließlich Spiegelteleskope. Ihre Spiegel waren aus einer Metall-Legierung (Speculum) gegossen und mussten häufig nachpoliert werden, da sie leicht anliefen.

Herschel als Musiker und Komponist

Herschel spielte neben Cello auch Oboe und Orgel. Er komponierte zahlreiche Musikstücke, darunter 24 Symphonien und viele Konzerte sowie Kirchenmusik. Mit Ausnahme einiger Oboenkonzerte und Sinfonien, die 2003 eingespielt wurden, ist seine Musik in Vergessenheit geraten.

Siehe auch

• Herschel-Weltraumteleskop
• Siriometer
• Volkssternwarte Geschwister Herschel Hannover
• Herschelschule Hannover

Literatur

Veröffentlichungen (Auswahl)

• Description of a Forty-feet Reflecting Telescope. Phil. Trans. R. Soc. Lond. 1 January 1795 vol. 85 347–409. doi:10.1098/rstl.1795.0021 (Volltext)
• Account of a Comet. Phil. Trans. R. Soc. Lond. January 1, 1781 71:492–501; doi:10.1098/rstl.1781.0056 (Volltext)
• An Account of the Discovery of Two Satellites Revolving Round the Georgian Planet. Phil. Trans. R. Soc. Lond. January 1, 1787 77:125–129; doi:10.1098/rstl.1787.0016 (Volltext)
• Account of the Discovery of a Sixth and Seventh Satellite of the Planet Saturn; With Remarks on the Construction of Its Ring, Its Atmosphere, Its Rotation on an Axis, and Its Spheroidical Figure. Phil. Trans. R. Soc. Lond. January 1, 1790 80:1–20; doi:10.1098/rstl.1790.0001 (Volltext)

Sekundärliteratur

• Heinz Gärtner: Er durchbrach die Schranken des Himmels. Das Leben des Friedrich Wilhelm Herschel. Edition Leipzig, Leipzig 1996, ISBN 3-361-00461-6.
• Richard Holmes: The Age of Wonder: How the Romantic Generation Discovered the Beauty and Terror of Science. HarperPress, London 2008. ISBN 0007149522
• Michael Hoskin: Discoverers of the Universe. William and Caroline Herschel, Princeton University Press, Princeton & Oxford 2011 ISBN 978-0-691-14833-5

Weblinks

 Commons: William Herschel – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Literatur von und über Wilhelm Herschel im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Eintrag im Archiv der Royal Society
• Eintrag in der Classic Encyclopedia (englisch)
• Friedrich Wilhelm Herschel und die Doppelsterne
• Ausführliche Biographie Herschels