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Geschichtliche Hintergründe

.. von Planeten-Durchgängen vor der Sonne
Historische Transit-Beobachtungen
Erste Berechnung eines Venus-Transits

Johannes Kepler
Den ersten Venus-Transit kündigte Johannes Kepler im 17. Jahrhundert an. Seinen Angaben zufolge sollte die Venus am 6. Dezember 1631 vor der Sonne als kleine schwarze Scheibe herziehen.

Sein Tod im Jahre 1630 besiegelte für ihn die Möglichkeit, dieses Ereignis mitzuerleben. Das Ereignis konnte zudem von Europa aus nicht beobachtet werden. Obwohl die Vorhersage weltweit bekannt war, sind keine Beobachtungsberichte des Venus-Durchgangs von 1631 überliefert worden.

Erste Beobachtung

Manchester Art Gallery
Gemälde des englischen Malers Ford Madox Brown: William Crabtree bei der Beobachtung des Venustransits von 1639
Erst der darauf folgende Transit vom 4. Dezember 1639 wurde von den beiden englischen Astronomen, Jeremiah Horrocks und William Crabtree, beobachtet und protokolliert. Der damals 20-jährige Horrocks berechnete das Ereignis nur wenige Wochen zuvor anhand der von Kepler verfassten Rudolfinischen Tafeln.

Entfernungsbestimmung der Sonne

Im Jahr 1716 erkannte Edmond Halley, dass Venus-Durchgänge vor der Sonne genutzt werden könnten, um die Entfernung der Sonne von der Erde zu bestimmen. Somit ließen sich auch sämtliche Entfernungen innerhalb des Sonnensystems errechnen, die zu dieser Zeit noch fast gänzlich unbekannt waren.

Edmond Halley (1656-1742)
Die von Halley vorgeschlagene Technik erforderte die Reise von Beobachtergruppen an das andere entfernte Ende der Weltkugel, so dass die unterschiedlichen Parallaxen der Beobachtungen genutzt werden konnten, um die Entfernung des Planeten Venus von den gewonnenen Messdaten abzuleiten.

Halley starb bereits im Jahr 1742. Somit war er nicht mehr in der Lage, die von ihm vorgeschlagene Technik zur Vermessung des Sonnensystems während des Venus-Transits im Jahr 1761 selbst anzuwenden.

Erste wissenschaftliche Beobachtungs-Expeditionen

Die europäische Wissenschaft erkannte die außerordentliche Bedeutung der Venus-Durchgänge. Viele Länder organisierten teils sehr anstrengende Expeditionen zu verschiedenen Standorten auf dem Erdglobus, um die notwendigen Beobachtungen durchzuführen.

Die astronomische Einheit (mittlere Entfernung Sonne-Erde) konnte auf einen Wert bestimmt werden, der bei knapp 95 Millionen Meilen liegt. Dieser aus sehr ungenauen Messergebnissen gewonnene Wert entspricht jedoch weitestgehend dem heute bekannten Maß von 92.955.807.267 Meilen (149.597.870.691 Kilometer) sehr genau. Eine genauere Bestimmung des Wertes war nicht möglich, da der Tropfeneffekt keine genauen Messungen bei der Bestimmung der einzelnen Kontaktzeiten zuließ.

Entdeckung der Venus-Atmosphäre

Ebenfalls während des Venus-Transits des Jahres 1761 beobachteten Wissenschaftler ein merkwürdiges Phänomen. Ein helles verschwommenes Lichthalo konnte um den Planeten Venus herum beobachtet werden, als sich der Planet nahe des Sonnenrands befand. Die damaligen Wissenschaftler schlossen daraus, dass der innere Planet von einer Atmosphäre umgeben sein muss.

Erste Fotografien eines Venus-Durchgangs konnten während des Transits im Jahr 1874 angefertigt werden. Die letzte Gelegenheit, einen Venus-Transit zu beobachten, bat sich 1882.

Scheinbare Bewegungen der inneren Planeten
Christoph Rollwagen
Schmale Venussichel nahe der Sonne am hellen Tageshimmel
1769: James Cooks Venus-Transit
Cooks Entdeckungsreise in eine andere Welt

Portrait von Lt. James Cook
Am 12. August 1768 startete unter dem Kommando von Lt. James Cook eine Expedition in See, die auf der anderen Seite der Erdkugel ein seltenes Himmelsschauspiel beobachten sollte.

Die pazifische Insel Tahiti war erst ein Jahr zuvor durch europäische Seefahrer entdeckt worden und erwies sich als günstiger Beobachtungsstandort für einen Venus-Transit, dessen Erscheinung für den darauffolgenden Sommer vorherberechnet wurde.

Nachbau des Segelschiffs Endeavour
Das waaghalsige Unternehmen ging das Risiko ein, tausende Seemeilen bis in den damals noch fast gänzlich unerforschten südlichen Pazifik hinein zurück zu legen und mit elementaren Mitteln der Navigation nach den Sternen eine nur etwas mehr als 30 Kilometer große Insel anzuteuern.

Cook erwartete während der schwierigen Mission die Hälfte seiner Crew durch heftige Strapazen, extreme Wetterverhältnisse und Skorbut zu verlieren. Doch allen Anstregungen zum Trotz begab er sich mit 94 Personen an Bord des königlichen Segelschiffes Endeavour auf die Reise, deren antizipiertes Ziel, die Beobachtung eines Venus-Transits, die Belastungen wett machen sollte.

Expedition zur Vermessung des Sonnensystems

Das Ziel von Cooks Mission bestand darin, die Insel Tahiti noch vor Juni 1769 zu erreichen, sich neben den Insulanern zu etablieren und ein astronomisches Observatorium zu errichten. Cook wollte beobachten, wie der innere Planet Venus von diesem Ort aus gesehen scheinbar über die Sonnenscheibe gleitet.

Wissenschaftler der Englischen Königichen Akademie, die die Expedition finanzierte, erhofften sich durch die präzise Messung des Ereignisses genügend Daten zu erhalten, um eine im 18. Jahrhundert noch fast gänzlich unbekannte Größe zu bestimmen. Die aus der Beobachtung der Mini-Finsternis gewonnenen Zeiten sollten Aufschluss über den Abstand der Sonne zur Erde geben. Die Expedition diente demnach also einem bedeutenden wissenschaftlichen Zweck - der Vermessung der Größe des Sonnensystems.

Zu dieser Zeit war den Astronomen bekannt, dass sechs Planeten die Sonne umrunden - Uranus, Neptun und Pluto waren damals noch nicht entdeckt. Die relativen Abstände der Planeten ließen sich allerdings aus Beobachtungen der Umlaufzeiten und den Keperschen Gesetzen ableiten. Jupiter zum Beispiel ist fünf Mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, doch das elementare Maß der Entfernung zwischen unserem Heimatplaneten und dem hellen Zentralgestirn war fast gänzlich unbekannt.

Halleys Erkenntnis

Die scheinbare Überquerung des Planeten Venus vor der Sonne galt als Schlüsselelement. Der Mathematiker und Astronom Edmund Halley erkannte dies im Jahre 1716.

Halley behauptete, dass durch die Beobachtung der Start- und Endzeiten des Ereignisses von verschieden Regionen der Erde aus die Distanz des Planeten Venus über Parallaxenbeziehungen berechnet werde könne. Auch die Größe aller anderen Entfernungen im Sonnensystem ließen sich daraus ableiten, da die Relationen bereits bekannt waren.

Allerdings treten Venus-Transite nur sehr selten auf. Etwa alle 120 Jahre erscheinen zwei solcher Ereignisse im Abstand von 8 Jahren zueinander. Halley selbst konnte ein solches Ereignis in seinem Leben nicht beobachten.

Erste Expedition im Jahr 1761

Ein internationales Team versuchte bereits im Jahr 1761 einen Transit des Planeten Venus zu beobachten, scheiterte jedoch aufgrund schlechter Wetterverhältnisse fast gänzlich.

Cook's Expedition stand also unter großer Anspannung. Würde Cook versagen, so wäre für damals lebende Astronomen die nächste Beobachtungsmöglichkeit in unerreichbarer Ferne gelegen. Die Nächste Überquerung der Venus vor der Sonne sollte erst wieder mehr als ein gesamtes Jahrhundert später, im Jahre 1874 auftreten.

Ankunft in einer exotischen fremden Welt

Rue des Archibes, The Granger Collection NYC, ESO
Ölgemälde des englischen Malers William Hodges (1744-1797): Die Schiffe der Britischen Navy unter dem Kommando von Kapitän James Cook haben in der Matavai Bucht festgemacht während von dort aus der Venus-Transit des Jahres 1769 beobachtet wird

Als die Endeavour Tahiti 1769, nach 8-monatiger Reise in westliche Richtung um den Globus erreichte, hatte Cook erstaunlicher Weise nur 6 Mann seiner Crew verloren - ein vortreffliches Ergebnis angesichts der damaligen Bedingungen.

Die Mannschaft hatte sich während der belastenden Reise mit Sauerkraut erfolgreich vor dem Skorbut zu retten versucht. Die Besatzung, die sich fast durchweg optimistisch stimmender Gesundheit erfreute, erreichte die Insel Tahiti fast genau im Rahmen des Zeitplans am 13. April 1769, ungefähr zwei Monate vor dem Transit.

Cooks Männer fanden eine fremde aber idyllische und friedliche Insel vor und trafen auf freundlich gesinnte Eingeborene. Die Expeditionsberichte enthalten ganz auffällig mehr Informationen über die bezaubernde Insel als über das eigentliche Himmelsereignis, das am 3. Juni 1769 stattfand.

Erfolgreiche Beobachtung der Venus-Silhouette

Mit Teleskopen, die man aus England mitgebracht hatte, konnte der Planet Venus als kleine schwarze Scheibe vor der Sonne beobachtet werden. Die Expedition traf während der gesamten Zeit der Passage hervorragende Wetterverhältnisse an.

Zeichnungen des Venus-Transits von Cook und Green
Cook berichtete von der Beobachtung der Venus-Atmosphäre als neblige Schattierung um den Planetenkörper herum.

Die zeitlich exakte Bestimmung der beiden inneren Kontakte des kleinen Planetenscheibchens mit dem Rand der Sonnenscheibe wurde hierdurch stark erschwert. Die Messergebnisse dieser Kontakte, die der Schiffsastronom Charles Green am gleichen Ort wie Cook bestimmte, wichen hierduch um bis zu 42 Sekunden von Cooks Ergebnissen ab.

Tropfeneffekt

Eine Bestimmung der genauen Kontaktzeiten wurde den beiden Beobachtern durch den sogenannten Tropfeneffekt erschwert. Als sich die Venus während des 2. und 3. Kontaktes äußerst nahe am Sonnenrand befand, schien der schwarze Hintergrund in einer winzigen Verbindung in die Sonnenscheibe hinein zu reichen und den Planeten zu berühren.

Dieser Effekt lässt sich leicht mit dem Daumen und Zeigefinger nachstellen. Hält man beide Finger vor einem helleren Hintergung vor ein geöffnetes Auge und nähert diese einander an, so wird man beobachten, wie kurz vor ihrer Berührung eine winzige schattige Brücke überspringt.

Nicht nur für die Tahiti-Expedition, sondern auch an 75 anderen Beobachtungspunkten auf der Erde behinderte der Tropfeneffekt die exakte Bestimmung der tatsächlichen Kontaktzeiten. Letztlich waren alle im Jahr 1769 angefertigten Beobachtungsergebnisse nicht präzise genug, um die Entfernungen im Sonennsystem ausreichend genau zu bestimmen.

Erst im 19. Jahrhundert, während der Erscheinung des nächsten Transit-Paares konnte dieses Problem mithilfe der Fotographie überwunden werden.

Abenteuerreise nach Terra Australis Incognita

Für Cook bedeute dies jedoch kein Scheitern seiner aufwändigen Mission, da er noch einige Entdeckungen vor sich hatte. Die Navy hatte ihn instruiert, die Insel zu verlassen, nachdem der Venus-Transit beobachtet wurde, um zwischen Tahiti und Neuseeland nach einem Kontinent zu suchen, der in dieser Zeit für viele Wissenschaftler die Balance zu den großen Landmssen der nördlichen Hemisphäre darstellte.

Den Großteil des dauffolgenden Jahres verbrachte die Endeavour im Südpazifik mit der Suche nach dem unentdeckten Land des Südens 'Terra Australis Incognita'. Zeitweise war die Besatzung zwei Monae lang ohne eine Landsichtung unterwegs. Doch letzlich sollten Cook und seine Männer durch die Entdeckung von Tausenden von Meilen Küstenline mit dem ersehnten Erfolg belohnt werden.

Verheerende Rückreise

Eine verheerende Ereigniskette begann mit einer Kollision mit dem Great Barrier Riff vor der Küste Australiens. Während einer 10-wöchigen Pause in Jakarta, die für Reparaturzwecke nötig geworden war, starben sieben Seemänner an Malaria, die in der dicht besiedelten Hafenstadt grassierte.

Cook verließ diesen Ort so schnell wie möglich, doch schon bald traf das Schicksal auch noch 38 weitere Besatzungsmitglieder der ursprünglichen Crew, darunter auch den Astronomen Charles Green. Zudem starben weitere 8 Männer, die erst später anheuerten.

Vermächtnis der Cook-Expedition

Am 11. Juli 1771 kehrte Cook wie geplant nach England zurück. Die überlebende Crew der Endeavour hatte den Globus nun einmal umrundet, tausende bisher unbekannter Pflanzen, Insekten und Tiere katalogisiert und war auf eine bis dato fremde Menschenrasse getroffen.

Im Nachhinein betrachtet stellte die Beobachtung des Venus-Transits wohl nur einen winzigen, fast unbedeutenen Bruchteil von Cook's Abenteuer dar, der zudem noch von der Schönheit Tahitis überstrahlt und vom Tropfeneffekt sabotiert wurde. Dennoch sind das kosmische Schattenspiel und die Entdeckungsreise Cooks eng miteinander verbunden.

Venus-Tranit am 6. Juni 2012

Ein weiteres dieser äußerst seltenen Ereignisse wird am 6. Juni 2012 zu beobachten sein, wenn der Planet Venus die Sonnenscheibe erneut überqueren wird. Nur wenige Meschen kommen in den Genuß, eine solche Rarität in der eigenen Lebenszeit beobachten zu können.

Erinnern Sie sich an Tahiti 1769, als ein Großteil unseres Globus noch im mysteriösen Dunkel lag und durch Teleskope blickende Augen noch zu großen Entdeckern gehörten. Das Schauspiel sollte nicht verpasst werden!
Heutiger wissenschaftlicher Wert
Heute können die Entfernungen anderer Himmelskörper im Sonnensystem sehr genau durch die Vermessung mittels Radarwellen bestimmt werden. Somit wird der Venustransit des Jahres 2012 in dieser Hinsicht keinen wissenschaftlichen Wert mehr bieten. Dennoch ist dieser Transit eine beachtlich seltene Himmelserscheinung, der in der frühen Geschichte der Astronomie eine besondere Bedeutung beigemessen wurde.

Transite extrasolarer Planeten

Mit der ersten Beobachtung eines extrasolaren Transits, also der Bedeckung eines anderen Sterns durch einen ihn umrundenden Planeten wuchs das Interesse an solchen Ereignissen allerdings erneut. Der Transit des Planeten Venus im Jahr 2004 diente beispielsweise zur Entwicklung und Erprobung neuer Techniken und Strategien zur Suche und Charakterisierung anderer extrasolarer Planeten.

NASA
Kepler Teleskop
Im März 2009 brachte die NASA das so genannte Kepler Weltraumteleskop in eine Umlaufbahn um die Sonne. Kepler soll Exoplaneten entdecken, die eine Größe bis hinab zur Erdgröße aufweisen können.

Kepler beobachtet dazu 100.000 Sterne, die unserer Sonne ähnlich sind und hält nach Variationen in ihrer Helligkeit Ausschau, die durch Planeten ausgelöst werden, die gerade einen Transit über die Sternoberfläche vollziehen.
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