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Inhalt :


Willhelm Herschel
(1738-1822)


7 Fuß Teleskop



20 Fuß Teleskop



40 Fuß Teleskop


Friedrich Wilhelm Herschel und die Doppelsterne

von J.S.Schlimmer 04/2006

Das Werk von Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822) ist viel zu umfangreich und vielseitig, um es hier in seiner Gänze darzustellen. Der nachfolgende Beitrag beschränkt sich daher auf den Bereich seiner Doppelsternbeobachtungen. Auf eine Biografie wird hier verzichtet.

Herschel und die Fixsternparallaxe

Im Jahre 1779 erschien ein Beitrag von dem Mannheimer Astronomen Christian Mayer (De novis in Coelo sidereo Phaenomenis) über die Bestimmung der Eigenbewegung der Fixsterne mit Hilfe von nahe beisammen stehenden Sternen. Dieser Beitrag enthielt auch einen ersten Doppelsternkatalog. Durch Mayers Arbeit angeregt, hatte Friedrich Wilhelm Herschel die Idee, die Parallaxe anhand solcher Doppelsterne zu bestimmen. Die Voraussetzung hierfür war jedoch, daß es sich um Sternpaare mit möglichst unterschiedlich hellen Komponenten handelt. Geht man davon aus, dass alle Sterne die gleiche absolute Helligkeit besitzen, so folgt aus den unterschiedlichen scheinbaren Helligkeiten auch eine unterschiedliche Distanz zu den Sternen. Somit war ein Kriterium für einen nahen und einen weiter entfernten Stern gefunden, anhand derer sich die Parallaxe - also die Winkeländerung zwischen den Sternen aufgrund des Umlaufs der Erde um die Sonne - bestimmen lassen sollte. Diese Annahme trifft im Wesentlichen zu, solange es sich nicht um physische Doppelsterne handelt. [1]

Herschels Doppelsternkataloge

Da ihm die von Mayer bestimmten Werte nicht exakt genug erschienen, begann Herschel ab 1779 selbst mit der Beobachtung der Doppelsterne : "Meiner Ansicht nach erfordert die jährliche Parallaxe Sterne die viel näher sind als die, die Herr Mayer für seine Zwecke [beobachtete]; folglich überprüfte ich den Himmel mit viel höherer Vergrößerung, und suchte hauptsächlich nach solchen, die außerordentlich nah waren." [2]
Drei Jahre später, im Jahre 1782 veröffentlichte er seinen ersten Doppelsternkatalog mit 269 Doppelsternen. Nach weiteren 3 Jahren veröffentlichte er bereits einen weiteren Katalog mit 434 neuen Doppelsternen. Herschel ging im Gegensatz zu Mayer zunächst nicht von zusammengehörigen Sternsystemen aus (physische Doppelsterne), er nahm an es würde sich um einen rein optischen Effekt handeln (visuelle Doppelsterne).

Herschel teilte die Doppelsterne in 6 verschiedene Klassen ein :

1. Klasse : enge Doppelsterne, Doppelsterne mit Komponenten die einen großen Helligkeitsunterschied besitzen
2. Klasse : Doppelsterne, die mit 200-facher Vergrößerung gut zu trennen sind
3. Klasse :
Doppelsterne mit einem Abstand von 5'' - 15''
4. Klasse : Doppelsterne mit einem Abstand von 15'' - 30''
5. Klasse : Doppelsterne mit einem Abstand von 30'' - 1'
6. Klasse : Doppelsterne mit einem Abstand von 1' - 2' oder größer

Die Winkel legte er für seine Beschreibungen wie folgt fest :


Abbildung 1 : Festlegung des Positionswinkels in Herschels Katalogbeschreibungen [1]

Nach der heutigen Konvention für den Positionswinkel ergibt sich dieser aus Herschels Beschreibungen wie folgt :

a) nördlich vorlaufend : 270° + X°
b) nördlich folgend : 90° - X°
c) südlich vorlaufend : 270° + X°
d) südlich folgend : 90° + X°

Neben der Bezeichnung Doppelsterne, wurden von verschiedenen Astronomen auch andere Bezeichnungen wie Comes (Christian Mayer), Begleiter, Nebensterne (Maximilian Hell) verwendet. Über den Begriff Doppelstern schrieb Herschel : "Ich habe den Ausdruck Doppelstern in einigen Fällen der 6. Kategorie in einer erweiterten Bedeutung benutzt: das Beispiel von Flamsteed jedoch autorisiert meine Benutzung der Bezeichnung genug. Ich bevorzuge diesen Ausdruck: [gegenüber] irgendeinem anderen, wie Comes, Begleiter oder Satellit; weil es meiner Meinung nach viel zu früh ist, um irgendwelche Theorien über die kleinen Sterne zu bilden, die um die großen laufen und folglich dachte ich, es sei ratsam, jeden möglichen Ausdruck sorgfältig zu vermeiden, der diese Idee übermitteln könnte. Ich bin überzeugt, das Flammsteed, der zuerst das Wort benutzte, es nur bildlich verwendete." [2].

Herschel beobachtete 24 Jahre lang immer wieder Doppelsterne und kam im Jahre 1803/1804 zum Schluss, dass es sich bei vielen dieser Objekte um zusammengehörige Sternsysteme handelt. Er nannte diese Systeme Binary Stars im Gegensatz zu den optischen Doppelsternen, die er weiterhin als Double Stars bezeichnete.

Herschels Teleskop für die Doppelsternbeobachtung

Immer wieder stößt man auf Abbildungen seines gigantischen 40 Fuß Teleskops. Dieses Teleskop - seinerzeit das größte der Welt - spielte jedoch bei seinen Entdeckungen, die ihn berühmt machten, keine große Rolle. Viele seiner Entdeckungen machte er mit wesentlich kleineren Teleskopen. Für die Beobachtungen der Doppelsterne benutzte er ein selbstgebautes Spiegelteleskop mit einer Brennweite von 216 cm (7 Fuß) und einer Öffnung von 15,7 cm : "Meine zweite Durchsicht, ich habe bereits darüber berichtet : machte ich mit einem Instrument das sehr viel besser als das vorhergehende war, von 85.2 Inches Brennweite (=216 cm, = 7 Fuß), 6.2 Inches Öffnung (=15,7 cm) und einer 227-fachen Vergrößerung. Es erweiterte [die Beobachtungen]  für alle Sterne aus Harris Karte bis zur 8. Magnitude. Der Doppelsternkatalog, den ich der Royal Society mitteilen durfte, und die Entdeckung des Georgium Sidus [Herschels Bezeichnung für den Planeten Uranus], waren das Ergebnis dieser Durchsicht. Meine dritte Durchsicht machte ich mit dem gleichen Instrument und Öffnung aber mit einer deutlich höheren Vergrößerung von 460-fach." [3].
Um Herschels Entdeckung des Planeten Uranus zu würdigen, führte der Wiener Astronom Maximilian Hell gleich zwei neue Sternbilder ein : das große und das kleine Teleskop. Bode fasste später beide Sternbilder zu einem zusammen. Die Illustration in seinem Atlas Uranographia zeigt Herschels 7 Fuß Teleskop mit dem auch die Doppelsternbeobachtungen durchgeführt wurden.


Abbildung 2 : Das veraltete Sternbild Telescopium Herschelii aus Bodes Uranographia stellt Herschels 6,3 Zoll Spiegelteleskop dar, mit dem er den Planten Uranus entdeckte und seine Doppelsternbeobachtungen durchführte. Brennweite 216 cm (7 Fuß), Öffnung 15,7 cm, Vergrößerung 227-fach und 460-fach. Entnommen aus [4].

Herschels Lampen-Mikrometer

Die ersten Beobachtungen führte Herschel ohne Mikrometer durch. Den Abstand gab er in Form von Sterndurchmessern in Bezug auf die verwendete Vergrößerung an. Herschel erkannte aber im Laufe seiner Beobachtungspraxis, dass die Größe der Sternabbildung mit der Öffnung des verwendeten Teleskops zusammenhängt. Er beschrieb dies im Vorwort seines zweiten Doppelsternkataloges [5] anhand des Beispiels von Gamma Leonis.

Des weiteren verwendete Herschel auch ein Fadenmikrometer, das er jedoch nur kurz erwähnt. Er beschrieb welche Korrekturen in Bezug auf die Messung durchgeführt werden mussten, wenn die beiden Fäden die Doppelsternkomponenten außerhalb tangieren. Zufrieden schien Herschel mit diesem Fadenmikrometer nicht gewesen zu sein, denn er konstruierte ein eigenes, externes Mikrometer, das er als Lampen-Mikrometer bezeichnete.


Abbildung 3 : Herschels Zeichnungen zu seinem Lampen-Mikrometer [6]

Herschels Lampen-Mikrometer bestand aus einen 2,7 m hohem senkrechtem Stab, an dem ein halbkreisförmiges Brett befestigt war. An diesem war ein beweglicher Arm L befestigt, der mit der Kardanwelle P im Winkel verstellt werden konnte. An dem Arm befand sich ein Reiter S, an dem die Lampe b befestigt war. Der Reiter konnte mit Hilfe der Kardanwelle D vor oder zurück bewegt werden. Lampe a befand sich an dem halbkreisförmigen Brett. Beide Lampen waren so konstruiert, dass das Licht nur durch ein kleines Nadelloch austrat und die Helligkeit eines Sterns von 3. oder 4. Größe hatte. Das Lampen-Mikrometer wurde im Abstand von 3 m senkrecht (!) zum Teleskop aufgebaut. Betrachtete man beide Lampen aus dieser Entfernung, so konnte durch Verschieben der Lampe B der Sehwinkel zwischen beiden Nadellöchern verstellt werden.
Um Abstand und Positionswinkel eines Doppelsterns zu bestimmen, betrachtete Herschel den zu untersuchenden Doppelstern mit seinem rechten Auge durchs Teleskop. Mit seinem linken Auge betrachtete er zur gleichen Zeit die beiden Lampen. Diese verstellte er dann in Abstand und Winkel derart, dass beide Bilder - vom linken und rechten Auge - deckungsgleich aufeinander fielen. Abstand und Positionswinkel konnten anschließend über die gemachten Einstellungen rechnerisch ermittelt werden. Als Beispiel führte er die Messung von Alpha Hercules an :
"Zum Beispiel bestimmte ich am 25. September 1781 Alpha Hercules mit diesem Instrument. Nachdem beide Nadellöcher exakt mit den Sternen übereinstimmten, fand ich den Radius oder die Distanz der zentralen Lampe 10 Fuß 4,15 Inch vom Auge entfernt; die Tangente oder Distanz der beiden Nadellöcher war 50,6 vierzigstel eines Inches; dies ergibt einen vergrößerten Winkel von 35', und geteilt durch mit 460-facher Vergrößerung, welche ich verwendete erhalten wir 4''34''' für die Distanz der beiden Sternzentren." [6].



Quellennachweis

[1] William Herschel, On the Parallax of the Fixed Stars, Philosophical transactions of the Royal society of London, 1782 Vol. 72
[2] William Herschel, Catalog of Double Stars, Philosophical transactions of the Royal society of London, 1782 Vol. 72
[3] William Herschel, On the proper Motion of the Sun and Solar System; with an Account of serveral Changes that have happened among the fixed Stars since the Time of Mr. Flamstead, Philosophical transactions of the Royal society of London, 1783 Vol. 73
[4] Ian Ridpath, Sterne erzählen, Walter Verlag, 2. Auflage 1992
[5] William Herschel, Catalog of Double Stars, Philosophical transactions of the Royal society of London, 1785 Vol. 75
[6] William Herschel, Description of a Lamp-Micometer, and the Method of using it, Philosophical transactions of the Royal society of London, 1782 Vol. 72

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