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Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) / Institut für Weltraumforschung (IWF) Schmiedlstraße 6, 8042 Graz, Austria, Tel.: 43/316/4120-575, Fax:

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1 Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) / Institut für Weltraumforschung (IWF) Schmiedlstraße 6, 8042 Graz, Austria, Tel.: 43/316/ , Fax: +43/316/ , Download unter ftp://ftp.iwf.oeaw.ac.at/pub/huygens_event_14_01_05/posters Christiaan Huygens Erfindungen Beobachtung des Saturn-Systems Das Teleskop Das Hobby des Instrumentenbaus war Christiaan Huygens von Nutzem als er anfing sich für Astronomie zu interessieren. Zur richtigen Beobachtung der Sterne und Planeten brauchte man gute Linsen. Galileo hatte schon 1610 ge- Lichtwellen Die Pendeluhr Annulo cingitur, tenui plano, nusquam cohærente, ad eclipticam inclinato. 1 In März 1655 beobachte Huygens Saturn und sah an einer Seite einen Stern. Zeitgenossen von ihm, wie Johannes Hevelius aus Polen sowie Christopher Wren und Paul Neile aus England haben diesen Stern auch gesehen und ihn auch als solchen bezeichnet. Huygens aber bemerkte, dass es ein Mond sein musste und teilte dies seinen Kollegen in Form eines Anagramms mit publizierte er De Saturni Luna Observatio Nova, in dem er sein Anagramm auflöste und erklärte, dass der Mond eine 16-tägige Umlaufzeit hatte. Seit dem 19. Jahrhundert heißt dieser Mond Titan. Er schloss diese Publikation mit einem neuen Anagramm, das die Lösung des Saturnproblems geben würde: zeigt, was mit einem guten Teleskop alles entdeckt werden kann. Allerdings waren gute Linsen nur sehr schwer zu bekommen, und deswegen haben er und sein Bruder Constantijn angefangen ihre eigenen Linsen zu schleifen. Diese waren von erstaunlich hoher Qualität. Er fabrizierte ein rohrloses Teleskop, mit dem er den Himmel studierte. Seit Galileo gab es keine neuen Entdeckungen am Firmament. Das einzige Rätsel war Saturn. Er schien kein kreisförmiger Planet zu sein, sondern von gedehnter Form, deren Größe sich ständig änderte. Huygens trug mit seinen Beobachtungen 1655 schließlich zur Entschlüs- selung dieses Rätsels bei. aaaaaaaccccceeee eghiiiiiiillllmmnn nnnnnnnoooop pqrrstttttuuuuu 2 Mit diesem Anagramm sicherte sich Huygens das Urheberrecht auf seine Entdeckung, ohne frühzeitig die Lösung bekannt zu geben. Dies geschah erstmals 1659 in seiner Publikation Systema Saturnium. Huygens betrachtete Saturn als einen Planeten wie die Erde - beide haben einen Mond, und er dachte, dass sich Saturn wahrscheinlich auch um seine Achse drehen würde. Es wäre auch denkbar, dass die Rotationsachsen ungefähr in die gleiche Richtung zeigen, sodass man Saturn von der Seite sehen würde. Dass die Ausbuchtungen von Saturn immer die gleiche Länge hatten, war ein wichtiger Hinweis für Huygens Erklärung des Rätsels über Saturn. Wenn man Saturn von der Seite betrachtet, dann könnte man meinen, dass etwas den Planeten umkreist. Es könnte sich um eine Scheibe rund um Saturn handeln, die wir in verschiede- nen Neigungen sehen. Das war auch die Lösung 1 des Anagramms 2, das er 1659 publizierte: Saturn durch ein Teleskop Er ist umgeben von einem dünnen flachen Ring, der ihn nirgends berührt und zur Ekliptik geneigt ist. Diese Entdeckungen und Huygens Leistungen in der Optik haben viele Astronomen und Historiker glauben lassen, dass er mit höherwertigeren Teleskopen arbeitete. Aber all diese Entdeckungen sind mit der ersten Generation von Teleskopen gemacht worden, die nicht wirklich besser waren als die seiner Zeitgenossen, nur Huygens Interpretation kam der Wahrheit näher. Im 17. Jahrhundert gab es kaum Uhren, die exakt gingen. Selbst eine gute Uhr konnte während eines Tages 15 Minuten vor- oder nachgehen. Huygens dachte daran, das mit einem Pendel zu verbessern. Experimente zeigten, dass die Periode eines Pendels konstant war und nur von der Länge des Pendels abhing. So sagte Galileo am Ende seines Lebens:... jedes Pendel hat eine bestimmte Periode, und es ist fast unmöglich, das Pendel mit einer anderen Periode schlingern zu lassen. Diese Periode hängt nicht vom Gewicht des Pendels und der Amplitude, sondern von der Länge ab. Bei der Konstruktion seiner Pendeluhr kombinierte Huygens theoretische Einsicht und mechanische Vernunft. Um sicherzustellen, dass eine zu große Amplitude die Genauigkeit nicht beeinflusst, entwickelte er kurvige Backen, die die Schwingung gleichmäßig abbremsen und so die Periode konstant halten sollten bekam Huygens das Patent, und der Staten-Generaal (damalige Regierung der holländischen Republik) gab Salomon Coster das exklusive Recht Huygens Pendeluhren zu bauen publizierte Huygens sein Traité de la lumière über die mathematischen Gesetze der Lichtausbreitung. In diesem Traité erklärte er, dass das Licht ein Puls- oder Stoßphänomen in der Materie ist. So ein Puls breitet sich in alle Richtungen gleichmäßig aus, und jeder materielle Punkt, der angestoßen wird, fungiert als neues Zentrum der Wellen- ausbreitung. Die Summe all dieser Pulse, graphisch dargestellt durch die Umhüllung, ist ein Lichtstrahl. Dies ist auch heute noch bekannt als das Huygensche Prinzip (siehe Abbildung). Diese Theorie war nicht, wie so viele in dieser Zeit, nur philosophische Spekulation, sondern eine mathematische Theorie, mit deren Hilfe auch Vorhersagen getroffen werden konnten. Der größte Erfolg seiner Theorie war, dass er für die Doppelbrechung des Lichts in isländischem Kristall, Kalkspat, eine mathematische Begründung finden konnte. Weil diese Wellentheorie mathematisch sehr schwierig war, wurde sie nicht sofort akzeptiert. Außerdem gab es noch eine gegnerische Theorie: Newton propagierte, dass das Licht aus Teilchen besteht, die durch die Lichtquelle ausgesendet werden. Im 18. Jahrhundert war sie die vorherrschende Theorie. Im 19. Jahrhundert wurde in England und Frankreich nach dem Wellencharakter des Lichts geforscht. Young und später Fresnel zeigte mit Interferenzmuster, dass Huygens Theorie richtig war. Erst ab dann wurde sie akzeptiert. Selbstverständlich wissen wir heute, dass Licht nicht so einfach - entweder als Welle oder Teilchen - beschrieben werden kann. Völlig unabhängig ist die Periode nur von kleinen Amplituden (Auslenkung 10°), für die gilt:


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