Das Galilei-Teleskop

Im Jahr 1608 wurde das holländische Fernrohr (vermutlich) von Jan Lipperhey erfunden. Im Jahre 1609 hörte Galileo Galilei davon. Auf Basis von Beschreibungen begann er damit ein eigenes Gerät zu konstruieren. Und so sieht der Strahlengang im Teleskop aus.

 

Strahlengang im Galilei-Teleskop

Als Objektiv fungiert im Galilei-Fernrohr eine bi-konvexe Sammellinse mit einer großen Brennweite. Die Sammellinse bündelt das einfallende Licht in Richtung Brennpunkt. Als Okular wird eine bi-konkave Linse verwendet, die innerhalb der Brennweite der Sammellinse platziert ist. Aufgrund der besonderen Eigenschaften von Zertreuungslinsen werden die Lichtstrahlen so gebrochen, dass sie nach dem Austreten wieder zu Parallelstrahlen werden. Das Okular ist der Größe der menschlichen Pupille angepasst, so dass die Strahlen vollständig vom Auge aufgenommen werden können.


Betrachtet man etwas genauer, was beim Eintritt und Austritt der Strahlen passiert, dann sieht man, dass die Lichtmenge beim Austreten auf eine kleinere Fläche konzentriert wird. Das ist der Grund dafür, dass in Teleskopen die Objekte heller erscheinen, als mit bloßem Auge.

 

Wissenswertes zum Galilei-Teleskop

Galileo Galilei stellte seine Konstruktion der venezianischen Stadtverwaltung vor. Er zeigte den Ratsherren, dass man mit seinem Fernrohr Schiffe in der Ferne sehen kann, die mit dem bloßen Auge erst zwei Stunden später erkennbar wären.

Galilei Fernrohr
Galilei Fernrohr: man konnte Schiffe sehen, die man erst zwei Stunden später mit dem Auge sehen konnte.

Nach der Präsentation schenkte er der Stadtverwaltung das Recht auf die Herstellung und erhielt als Gegenleistung eine geringfügige Steigerung seiner Bezüge. Diese wurde ihm jedoch im nächsten Jahr wieder gekürzt. Die hohen Herren hatten ihn vermutlich übers Ohr gehauen. Hätte er sein Gerät selber vermarktet, dann wäre er vermutlich stinkreich geworden, da es auf militärischem Gebiet von ungeheurem Wert war.

Galilei beobachtete den Sternenhimmel mit seinem Teleskop und entdeckte Interessantes beim Jupiter. Er war von mehreren, hellen Punkten umgeben. Diese änderten zwar jeden Tag ihre Position, aber sie blieben innerhalb eines bestimmten Radius.

Galilei Teleskop: Jupiter
Galilei Teleskop: ermöglichte eine Beobachtung des Jupiter. Dort entdeckter Galilei 4 Monde. Das brachte ihm Ärger mit der Kirche.

Offenbar hatte der Jupiter mehrere, eigene Monde. Zuerst waren es nur drei, später war sogar ein vierter zu sehen. Diese Erkenntnis kollidierte mit dem geozentrischen Weltbild der Kirche. Nach deren Auffassung war die Erde der Mittelpunkt von allem und alles drehte sich nur um sie. Dementsprechend war es problematisch diese Erkenntnis zu verbreiten. Galilei wurde der Prozess gemacht und er musste neun Jahre unter Hausarrest verbringen.

Galilei verwendete sein Teleskop auch dafür die Sonne zu beobachten. Er färbte dafür das Objektiv mit Ruß. Heute weiß man, dass das als Filter nicht ausreicht. Vermutlich war das Beobachten der Sonne der Grund dafür, dass Galilei im Alter erblindete.

 

Galileo Galilei und das Mikroskop

Eines der Kapitel im Leben von Galilei Galilei, welches weniger ausgiebig beleuchtet ist, enthält seine Leistungen rund um das Mikroskop. Galileo Galilei hat das Mikroskop NICHT erfunden, so vile ist klar. Aber er war einer der ersten Wissenschaftler, die damit gearbeitet haben und Galilei war sehr wesentlich daran beteiligt, dass sich das Mikroskop als ein Instrument in der Wissenschaft durchgesetzt hat.

Nachdem Galilei im Jahr 1609 von der Bauart des holländischen Fernrohrs erfuhr, werkelte er selber an Geräten herum, wo er verschiedene Kombinationen von Linsen ausprobierte. Je nach Brennweite der verwendeten Linsen, waren die Geräte dazu geeignet ferne Dinge zu vergrößern oder sehr kleine Dinge in kurzer Distanz zu betrachten. Es sind Schriften von ihm überliefert, wo Galilei Insekten beschreibt, die er mit seinen Mikroskopen betrachtet hatte.

Im Jahre 1611 reiste er nach Rom, um einer Gruppe von anderen Gelehrten die Ergebnisse seiner Beobachtungen mit dem Teleskop zu präsentieren. Unter ihnen waren Federico Cesi und Johannes „Giovanni“ Faber. Cesi war Gründer einer Organisation mit dem Namen „Accademia dei Lincei“ – der Akademie der luchsarigen. In dieser Gruppe versammelte er eine Reihe von Wissenschaftlern, die es sich zur Aufgabe gemacht haben die Natur mit neuen Methoden zu erforschen.

Zu dieser Zeit wurde wissenschaftliches Arbeiten noch ganz anders definiert, als es bei uns heute üblich ist. Um als angesehener Natruforscher zu gelten, reichte es damals sich auf die „Klassiker“ zu berufen. Wissenschaftliche Experimente wie wir sie heute kennen waren noch nicht üblich. „Wie wir sie heute kennen“ bedeutet: Hypothese aufstellen – Untersuchung / Experiment durchführen – Beweise finden – noch vorhandene Wiedersprüche ausschließen – Logische Erkenntnisse gewinnen. Vorher konnte man schreiben: „Weil Plato es so geschrieben hat, ist A = B und deswegen gilt C= D…“

Mit ihren modernen Methoden revolutionierten die Mitglieder der „accademia dei lincei“ die Arbeitsweise der damaligen Wissenschaft. Demensprechend machten sie sich auch Feinde, insbesondere die Kirche, die einen Anspruch darauf erhob die Wahrheit zu kennen über die Zusammenhänge in der Welt.

Im Jahr 1624 schenkte Galilei seinen Kollegen Cesi und Francesco Stelluti eines seiner Mikroskope. Damals hieß es noch „occhiolilno“ – kleines Auge. Die beiden begannen damit Insekten zu beobachten und im Jahr darauf erschien die erste Zeichnung, die je mit Hilfe eines Mikroskops gemacht wurde.

Francesco Stelluti "Bienen"
Francesco Stelluti „Bienen“ 1625 – „Apiarium“

Später wurde das „kleine Auge“ in Mikroskop umgetauft. Den Namen hat der Überlieferung nach das Akadamiemitglied Johannes Faber gewählt. Das sollte ein Zeichen des Respekts für seinen Kollegen sein, dem man auch die Erfindung des Teleskops zuschreibt. Die Ähnlichkeit der Namen soll die Verbundenheit zwischen der gemeinsamen Historie der beiden Geräte betonen.

Im Laufe der Jahre löste sich die Akademie auf. Aber ihre Mitglieder hegten über Jahre einen regen Austausch und intensiven Briefwechsel mit anderen Wissenschaftlern in Europa. Und so verbreitete sich die Kunde von dem hilfreichen neuen Gerät in der Welt der Wissenschaft über alle Ländergrenzen hinweg. Die Folge war eine Revolution in der Biologie und der medizinischen Forschung. Es wurden Dinge sichtbar, die bisher im Verborgenen lauerten. Man lernte viel darüber, wie sich Krankheiten verbreiten und wie man es verhindern kann. Die Funktionsweise des menschlichen Körpers wurde Stück für Stück erkannt. All das war nur möglich, weil es Menschen gab, die sich für jedes Geheimnis interessierten, welches die Natur zu bieten hat.

Es lässt sich also festhalten: Galilei Galielei ist nicht der Erfinder des Mikroskops, aber einer seiner wichtigsten Wegbereiter. Ihm und seinen Wegbegleitern der accademia dei lincei ist es zu verdanken, dass sich das Mikroskop in der Wissenschaft etabliert hat.

 

Das Galilei-Thermometer

In einem zylindrischen Gefäß wird eine Lösung aus Alkohol und Öl gemischt. In diese Flüssigkeit werden mehrere Glaskugeln gelegt, die ebenfalls mit bunter Flüssigkeit gefüllt sind. An die Kugeln werden kleine Schilder montiert, die mit einer Zahl graviert sind. Sie soll die Temperatur in Grad Celsius anzeigen.

Das Gefäß ist so gestaltet, dass immer die Kugel in der Mitte ist, welche die aktuelle Zimmertemperatur anzeigt. Demzufolge haben die Kugeln darin eine unterschiedliche Dichte. Durch die Veränderung der Zimmertemperatur dehnt / zieht sich die Öl-Alkohol Mischung im Zylinder und verändert damit ihre Dichte. Je nach Temperatur entsteht dadurch ein unterschiedlicher Auftrieb. Dafür ist es erforderlich die Dichte der Galskugeln so zu kalibrieren, dass immer die richtige Temperatur angezeigt wird – kein leichtes Unterfangen.

Wenn man also gerade keine Glaskugel in der Mitte des Gefäßes sieht, dann liegt das daran, dass momentan eine Temperatur herrscht, die zwischen denen liegt, die auf der Kugel eingraviert sind.

Das Galilei Thermometer ist eher eine dekorative Spielerei und ist nicht besonders gut geeignet, um die Temperatur in einem Raum anzuzeigen. Die Bewegungen der Glaskugeln dauern meist so lange, dass sie meist keine Aussagekraft besitzen über die tatsächliche Temperatur im Moment der Betrachtung.

 

Weitere Entdeckung von Galileo Galilei  – „der freie Fall“

Die Erdanziehungskraft wirkt gleich stark auf alle Gegenstände. In der Theorie müsste also alles mit der selben Geschwindigkeit zu Boden fallen, egal wie groß und egal wie schwer der Gegenstand ist. Lässt man jedoch eine Bleikugel und eine Feder gleichzeitig aus der gleichen Höhe fallen, dann kommt zuerst die Bleikugel unten an. Man könnte jetzt meinen, dass offenbar das Gewicht, Form oder Größe eines Gegenstandes dafür verantwortlich ist wie schnell er herunter fällt, aber dem ist nicht so. Wiederholt man diesen Versuch ein einem Vakuum, dann sieht man, dass beide gleichzeitig ankommen. Eine Feder hat eine andere Reibung mit der Luft und verhält sich wie ein Fallschirm. Daher fällt sie langsamer runter. Im Vakuum eliminiert man jeglichen Luftwiederstand und unter solchen Bedingungen sieht man, dass alle Gegenstände mit der gleichen Geschwindigkeit nach unten ankommen.

Galileo Galilei hat diese Therie durch einen entsprechenden Versuch bewiesen.

 

Galilei und die Kirche

Galileo Galileis Erkenntnisse wiedersprachen den Ansichten der Kirche, die darauf beahrrte, dass sie Erde der Mittlpunkt des Universums sei. Infolge seiner Arbeit geriet er in einen Konflikt mit der Inquisition und wurde unter lebenslangen Hausarrest gestellt.

Während seines Prozessese standen ihm seine Kollegen von der Accademia dei Lincei helfend zur Seite und versuchten ihren Freund bestmöglich zu unterstützen. Hier war vermutlich Giovanni Faber sehr nützlich, denn dieser hatte es im Laufe seiner Karriere geschafft zum Leibarzt des Papstes aufzusteigen.

Am Ende seines Prozesses soll Galilei den weltberühmten Satz „Und sie bewegt sich doch.“ gemurmelt haben. Historiker sind jedoch der Ansicht, dass diese Aussage nie gefallen ist. Das Gerücht verbreitete sich insbesondere in der Bismarckzeit, als die Protestanten in Deutschland politisch gesehen etwas die Oberhand hatten. Damit wollte man die katholische Kirche als inhumane und wissenschaftsfeindliche Institution darstellen, um ihren Einfluss zu reduzieren.

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