Die Geschichte der Venusdurchgangsbeobachtungen

Der Auftakt – eine Vorhersage und viel Pech

Johannes Kepler

Der Venusdurchgang von 1631

1627 erschienJohannes Keplers  großes Werk, die "Rudolfinischen Tafeln", die er Kaiser Rudolf II. gewidmet hatte. Diese Tafeln waren die besten und genauesten Planetentafeln ihrer Zeit. Kepler berechnete sie auf Grundlage vorhandener Beobachtungen und nach den Gesetzen der Planetenbewegung, die er selbst entdeckt hatte. Die Genauigkeit der Tafeln markierte einen Meilenstein in der Geschichte der Astronomie. Bis dahin waren die Planetenpositionen nur etwa fünf Grad genau. Kepler lieferte mit seinen Tafeln eine Exaktheit von nur zehn Minuten. Das war dreißigmal genauer! Das Werk bildete für die kommenden 200 Jahre die Grundlage aller astronomischen Vorhersagen.

In seinen Tafeln sagte Kepler einen Venusdurchgang für den 6. Dezember 1631 voraus. Doch Kepler starb am 15. November 1630 – knapp ein Jahr vor diesem Großereignis. Der französische Astronom Pierre Gassendi begann mit den Beobachtungen bereits am 5. Dezember 1631, einen Tag vor dem erwarteten Termin, und wartete auf die Venusscheibe vor der Sonne. Doch der 6. und 7. Dezember verstrichen – und keine Venus tauchte vor der Sonnenscheibe auf. Was Gassendi nicht wissen konnte: In Europa hätte er den Venusdurchgang nicht sehen können. Denn dieser begann dort erst nach Sonnenuntergang und war vor Sonnenaufgang schon längst vorbei. Also keine Chance für Gassendi und damit Pech für die Wissenschaft ...

Der Aufbruch – eine Chance und viele, viele Hindernisse

1663 schlug der schottische Mathematiker James Gregory als Erster vor, einen Venusdurchgang zu benutzen, um die Entfernung zwischen Sonne und Erde zu bestimmen. Edmond Halley ging noch weiter. 1716 schrieb er einen Brief an die Royal Society. Die Astronomen sollten die bevorstehenden Venusdurchgänge 1761 und 1769 beobachten. Doch wie Kepler starb Halley vor den Ereignissen schon im Jahre 1741. Um den Durchgang am 6. Juni 1761 zu beobachten, gab es die erste europäische Großexpedition mit über 120 Beobachtungsplätzen auf dem Erdball. Einige Expeditionen führten in schwer zu erreichende Länder. In Europa selbst begann der Durchgang bereits in der Nacht vom 5. auf den 6. Juni, war also nicht zu beobachten. Alles in allem waren die Messungen kein großer Erfolg. Man wollte es acht Jahre später besser machen.

James Cooks erste Expedition

James Cook

James Cook stach um 2 Uhr nachmittags am 25. August 1768 mit "His Majesty's Bark Endeavour" in See, um mit Wissenschaftlern der Royal Society den Venusdurchgang am 3. Juni 1769 im kurz zuvor entdeckten Tahiti zu beobachten. An Bord waren der königliche Astronom Charles Green und der 25-jährige Millionär Joseph Banks, der sich auf seine Kosten einen Stab von sieben Wissenschaftlern zugelegt hatte. Der "Selfmademan" sollte später den Ruhm der ganzen Expedition einheimsen: Er wurde 1778 Präsident der Royal Society. Das Team bekam zusätzlich die Gelegenheit, den Merkurdurchgang am 28. November 1769 in "Mercury Bay" (Neuseeland) beobachten zu können.

Die Expedition stand vor vielen Herausforderungen, die es zu überwinden galt. Die Royal Society wollte "ihren" Mann für die Expedition: Alexander Dalrymple, Geograph und ehemaliger Angestellter der English East India Company. Die Lords der Navy wollten "ihren" James Cook. Im Mai 1768 machte man den Leutnant zum Kapitän der "Endeavour". Dalrymple war aus dem Rennen.

Die Reiseroute von James Cooks erster Expedition nach Tahiti 1769

Für die Expedition konnte es keine Chronometer geben – der Durchgang musste mit rein astronomischen Hilfen bestimmt werden. Dazu sollte der Astronom Charles Green die Mondbedeckungen exakt beobachten und aus den Ergebnissen die geographische Länge berechnen. 

Cook hatte noch einen weiteren Geheimauftrag der Admiralität: Er sollte das vermutete Australien entdecken – wenn ihm das nicht gelänge, sollte er Neuseeland auskundschaften.

Nach Stationen bei Madeira und Rio de Janerio kam die Endeavour am 13. April in Tahiti an – es waren noch sieben Wochen Vorbereitungszeit. Dann stahlen zu allem Überfluss Tahitianer den Beobachtungs-Quadranten  Nur durch die Überredungskunst von Green und Banks bekamen die Forscher ihn zurück.

Venusscheibe zieht über den Sonnenrand

• FLASH-Version

Am Tag des Ereignisses schreibt Cook ins Tagebuch:

"This day prov'd as favourable to our purpose as we could wish, not a Clowd was to be seen the whole day and the Air was perfectly clear so that we had every advantage we could desire in Observing the whole of the passage of the Planet Venus over the Suns disk." 

Green, Cook und Solander erhielten an diesem Tag leicht verschiedene Werte, die sich natürlich auf den errechneten Sonnenabstand auswirkten. Der Grund für die unterschiedlichen Werte: Cook und die Astronomen sahen zum ersten Mal das Phänomen des schwarzen Tropfens. Die Venus hat eine Atmosphäre und daher keinen scharf definierten Rand. Weil sich der Rand der Sonne nach außen hin ein wenig verdunkelt , täuscht dies dem Beobachter vor, die Planetenscheibe und der Sonnenrand würden sich tropfenartig verbinden. Zusätzlich machte ihnen die Unschärfe des Teleskops Probleme. Die Konsequenz: Es war fast unmöglich, die Kontaktzeiten des Ein- und Austritts der Venusscheibe zu bestimmen. Man hatte sich eine Genauigkeit von zwei Promille erhofft. Nach heutigem Wert lagen sie um zwei Prozent über dem wahren Wert von 149,5 Millionen Kilometern ...

Die Ernte – Die Venusdurchgänge von 1874 und 1882

Nun mussten die Astronomen wieder über ein Jahrhundert warten. Bis zum nächsten Durchgang im Jahre 1874 war politisch und wissenschaftlich viel passiert: 1776 sagten sich die USA von England los, 1789 brach in Paris die Französische Revolution aus. Auch in der Astronomie hatte sich viel ereignet:

William Herschel (1746-1822) entdeckte 1781 den ersten neuen Planeten, Uranus. Seit der Antike war damit das Sonnensystem um einen weiteren Planeten erweitert worden. Giuseppe Piazzi (1746-1826) fand mit Ceres den ersten der Kleinplaneten. Es folgten hunderte andere Kleinplaneten. Die Fotografie, die Spektralanalyse  und die verfeinerte Messtechnik verbesserten die beobachtende Astronomie.

1874 beteiligten sich erstmals auch amerikanische Astronomen an den Beobachtungen mit Expeditionen nach China (Peking), Japan (Nagasaki), Tasmanien, zu den Kerguelen-Inseln und zu den Chatam-Inseln (Neuseeland). Insgesamt waren es über 36 Stationen.

Acht Jahre später rüstete Deutschland alleine vier Expeditionen aus: unter anderem in die  USA  nach Hartford und Aiken. Mit der neuen Technik der Fotografie machte man über 500.000 Einzelbilder vom Durchgang.

Trotz verbesserter Technik schwankte der Wert, der sich aus allen Messungen ergab, noch erheblich. Verglichen mit dem besten heutigen Wert der astronomischen Einheit über Radarmessungen der  NASA  war er schon sehr genau. Der offizielle Wert der astronomischen Einheit ist heute 149.597.871  km.