Die Suche nach Vulkan: Wie ein nicht vorhandener Planet die Astronomen narrte

von Wolfgang Hernschier

Der französische Mathematiker Urbain Leverrier wurde weltberühmt durch die rechnerische Entdeckung des Planeten Neptun. Weniger Glück hatte er mit der Berechnung der Merkurbahn, die ihm wie vielen Astronomen vorher und nachher harte Nüsse zu knacken aufgab. Der folgende Aufsatz schildert die Geschichte.

In der Zeit nach 1835 begann der später als theoretischer Entdecker des Planeten Neptun berühmt gewordene französische Mathematiker Urbain Jean Joseph Leverrier (1811-1877), damals noch Lehrer am College Stanislas in Paris, sich mit himmelsmechanischen Problemen und Berechnungen zu beschäftigen. Der damalige Direktor der Pariser Sternwarte, François Arago (1786-1853), lenkte das Interesse Leverriers auf das bisher noch ungelöste Problem der Merkurbewegung.

Der Planet Merkur läuft auf einer stark elliptischen Bahn in einem Abstand zwischen 46 und 70 Millionen km um die Sonne. Die große Achse seiner Bahnellipse dreht sich sehr langsam um die Sonne, wobei die Lage des Perihels, des sonnennächsten Punktes der Bahn, sich in einem Jahr um 56 Bogensekunden verschiebt. Zieht man von diesem Betrag den Anteil ab, der der Präzession der Äquinoktien zugerechnet werden muß, so bleibt ein Rest von 5.7 Bogensekunden, von dem wieder 5.3 Bogensekunden auf den gravitativen Einfluß der anderen Planeten, besonders der Venus, zurückgeführt werden können. Der noch verbleibende Anteil von 0.4 Bogensekunden Verschiebung pro Jahr war himmelsmechanisch nicht zu erklären.

Auch den Berliner Astronomen Johann Gottfried Galle (1812-1910) ließ die Frage nach den Ursachen der Unregelmäßigkeiten in der Merkurbewegung nicht ruhen. In seiner Dissertation, in der er sich mit der Geschichte der Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit durch den Dänen Ole Römer (1644-1710) befaßte, hatte er die Merkurbeobachtungen Römers und ähnliche Veröffentlichungen der Pariser Akademie ausgewertet. Deshalb sandte Galle seine Arbeit 1845 an Leverrier.

In der Zwischenzeit jedoch hatte der französische Gelehrte begonnen, sich mit einer anderen ungelösten Frage zu beschäftigen: mit der Uranusbahn. Die Göttinger Akademie der Wissenschaften hatte einen Preis ausgesetzt für die Lösung des Problems, und sowohl Leverrier als auch der Engländer John Couch Adams (1819-1892) machten sich an die Rechnung. Leverrier war der Glücklichere: Am 10. November 1845 legte er der Pariser Akademie seine Berechnungen vor, aus denen hervorging, daß ein noch nicht entdeckter Planet außerhalb der Bahn des Uranus die Unregelmäßigkeiten verursachen müsse. Am 1. Juni 1846 ließ er schließlich eine zweite Abhandlung folgen, in der bereits die Bahn und der Ort des hypothetischen äußersten Planeten unseres Sonnensystems für den 1. Januar 1847 angegeben waren.

Die Wissenschaft zweifelte immer noch an der Richtigkeit des Ergebnisses der Berechnungen Leverriers, und nicht einmal in Paris wurde nach dem unbekannten Planeten gesucht, obwohl dort genügend leistungsstarke Fernrohre vorhanden waren. Auch Carl Friedrich Gauss (1777-1855) schrieb noch am 11. Juli 1846 an Heinrich Christian Schumacher (1780--1850) in Altona: "Über das Gewicht, welches seiner Hypothese beigelegt werden darf, läßt sich nicht urteilen, bis seine Rechnungen zu gründlicher Prüfung vorgelegt sind."

Daraufhin schickte Leverrier am 18. September 1846 einen Brief an Galle in Berlin, in dem er sich für die zugesandte Dissertation bedankte, und der die berühmt gewordenen Zeilen enthielt: "Heute möchte ich von dem unermüdlichen Beobachter verlangen, daß er einige Augenblicke der Durchforschung einer Region des Himmels widmen möge, wo es einen Planeten zu entdecken geben kann. Es ist die Theorie des Uranus, welche mich auf dieses Resultat geführt hat." Am 26. September traf der Brief an der Berliner Sternwarte ein, und noch am selben Abend gelang es Galle, unterstützt von dem Studenten und "außerordentlichen" Gehilfen d'Arrest, den Planeten nahe der vorausgesagten Position zu finden. Diese Entdeckung des Planeten, der später, nach längeren Diskussionen, den Namen Neptun erhielt, brachte Leverrier eine Reihe von Ehrungen ein. Die französische Regierung ernannte ihn zum Professor de la mécanique céleste an der Faculté des Sciences, und die Pariser Akademie nahm ihn in die Reihe ihrer Mitglieder auf. Nach dem Tode Bouvards und Aragos wurde er 1854 zum Direktor der Pariser Sternwarte auf Lebenszeit gewählt.

Vermutungen

In diesen Jahren beschäftigte sich Leverrier wieder mit dem Problem der Merkurbahn und versuchte auch hier durch das Hinzufügen eines weiteren Planeten die Drehung der Bahnellipse zu erklären. Er stieß dabei auf größere Schwierigkeiten als bei seinen Arbeiten über die Unregelmäßigkeiten der Uranusbahn, obwohl ihm auch hier zahlreiche, zum Teil allerdings weniger genaue Beobachtungen und die Daten der Merkurdurchgänge aus der Zeit von 1697 bis 1848 zur Verfügung standen. Leverrier soll einmal ausgerufen haben: "Mercure, planète maudite, qui ne sert guère qu'ä décrier la carriere des astronomes les plus illustres!" (Merkur, verfluchter Planet, nur da, um die berühmtesten Astronomen in Verruf zu bringen!). Er schrieb einen Brief an das Akademiemitglied Faye, der in der Sitzung der Pariser Akademie vom 12. September 1859 verlesen wurde, und in dem er die auftretenden Probleme folgendermaßen darstellte:

Gewisse Unterschiede zwischen der Theorie und der Beobachtung bleiben bestehen, und sie sind nur durch gewaltsame Erklärungen zu beseitigen. Wenn man z. B. die säkulare Bewegung des Perihels der Merkurbahn vergrößere, lasse sich eine genügende Übereinstimmung herbeiführen. Die Hypothese, daß die bisher angenommene Masse der Venus nicht der Wahrheit entspräche, sondern um etwa 1/10 ihres Betrages vermehrt werden müsse, würde die Probleme der Merkurbewegung lösen, widerspräche andererseits aber der Bewegung der Erde und sei deshalb unstatthaft.

Danach äußerte Leverrier die Vermutung, daß zwischen Merkur und Sonne vielleicht ein noch unbekannter Planet existiere, auf dessen Massenwirkung die Unregelmäßigkeiten der Merkurbewegung zurückzuführen seien. Da aber die Bewegung der Knoten der Merkurbahn keine ähnlichen Abweichungen zeige, könne die Bahn des unbekannten Planeten nur wenig gegen die des Merkur geneigt sein. Weiter ließen sich Grenzwerte für die Masse des unbekannten Planeten und seine zulässige Entfernung von der Sonne angeben. Allerdings, so führt Leverrier weiter aus, sei es schon sehr auffällig, daß ein solcher Körper bisher noch nie beobachtet worden sei, denn durch seine Sonnennähe müsse er ein sehr hell strahlendes Gestirn und zumindest während totaler Sonnenfinsternisse deutlich sichtbar sein. Auch müsse er - wie Merkur und Venus, nur weit öfter als diese - vor der Sonnenscheibe vorübergehen und sich dann auf diese projizieren.

Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wandelte Leverrier seine Theorie schließlich dahingehend ab, daß er zwischen Sonne und Merkur eine Asteroidengruppe ähnlich der zwischen Mars und Jupiter annahm, die in ihrer Gesamtwirkung der eines einzelnen Planeten entspräche und somit die vorhandenen Unregelmäßigkeiten erklären könne.

Natürlich gab diese Mitteilung den Anstoß, daß die Astronomen mit erneutem Eifer die Sonne beobachteten, um etwaigen Vorübergängen des hypothetischen intramerkuriellen Planeten auf die Spur zu kommen, und Leverrier selbst forderte die Astronomen der Weit auf, ihn bei der Suche nach ihm zu unterstützen. Selbst frühere Sonnenbeobachtungen wurden durchforscht, denn es hätte ja der gesuchte Planet als Sonnenfleck angesehen und aufgezeichnet worden sein können.

Da machte ein Gerücht die Runde: Ein Arzt namens Lescarbault, Liebhaberastronom in Orgres (Dep. Eure-et-Loire), behauptete, bereits am 26. März 1859 einen kreisrunden, schwarzen Fleck gesehen zu haben, der an der Sonnenscheibe vorüberging. Lescarbault hatte, wie er berichtete, den Merkurdurchgang von 1845 beobachtet und daher gleich in dem schwarzen Fleck einen Planeten vermutet. Mit einer Mitteilung seiner Beobachtung habe er allerdings noch gezögert, weil er hoffte, von anderer Seite eine Bestätigung zu erhalten.

Als Leverrier der Bericht Lescarbaults zu Ohren kam, erschien ihm dieser so wichtig, daß er sich in Begleitung eines Freundes, den er als Zeugen brauchte, sofort auf den Weg nach Orgres machte. Dort wollte er sich an Ort und Stelle selbst von der Glaubwürdigkeit des Beobachters und seiner Mitteilung überzeugen.

Die Begegnung der beiden muß nach der erhaltenen Beschreibung eher einem Verhör als einem wissenschaftlichen Gespräch geglichen haben. Ohne seinen Namen und Stand zu nennen, trat Leverrier auf den Arzt zu und fuhr ihn an: "Sind Sie es, Herr, der behauptet, den intramerkuriellen Planeten gesehen zu haben, und der den schweren Vorwurf auf sich lädt, diese Beobachtung neun Monate lang verheimlicht zu haben? Ich bin gekommen, um zu entscheiden, ob Ihre Behauptung wahr ist oder ob Sie unehrenhaft gehandelt und die Wissenschaft betrogen haben; nehmen Sie sich in acht, und erzählen Sie ohne Umschweif, was Sie gesehen haben!" Lescarbault berichtete daraufhin ausführlich, daß er mit einem 1 1/2 Meter langen Fernrohr mit 150facher Vergrößerung am 26. März die Sonne beobachtet und dabei ganz nahe am nordwestlichen Rande der Sonne "einen schwarzen Punkt mit einem definierten Umfang" (un point noir d'un perimètre circulaire bien arrêté) gesehen habe. Den Durchmesser gab er auf etwa 1/4 dessen an, den Merkur bei seinem Durchgang von 1845 hatte. Die Zeit des Eintritts in die Sonnenscheibe hatte Lescarbault zu 4h 8m 11s mittlerer Pariser Zeit, die des Austritts zu 5h 25m 18s bestimmt. Leverrier verlangte die Beobachtungsuhr zu sehen, und als ihm der Arzt eine gewöhnliche Taschenuhr zeigte, die nicht einmal einen Sekundenzeiger hatte, rief Leverrier zornig: "Natürlich war mein erster Verdacht gerechtfertigt. Mit der alten Uhr haben Sie beobachtet? Und wie können Sie die Sekunden angeben?" Auch diesen Vorwurf entkräftete Lescarbault, indem er zeigte, daß er mit Hilfe eines Pendels, das er mit seiner Taschenuhr verglich, tatsächlich in der Lage war, sekundengenau zu beobachten. Allem Anschein nach lag hier also keine absichtliche Täuschung vor, und Leverrier gab sich zufrieden. Er brachte künftig der Beobachtung Lescarbaults großes Vertrauen entgegen, obwohl auch in ihr - wie in anderen derartigen Aufzeichnungen - einige Widersprüche zu finden sind. So gibt es eine Aufzeichnung des französischen Astronomen Liais, der damals in Brasilien genau zur selben Zeit wie Lescarbault die Sonne betrachtet hatte, aber in seinem Tagebuch notierte, daß an dem Tag auf der Oberfläche der Sonne gar kein Fleck zu sehen gewesen war.

In der folgenden Zeit gab es viele Beobachtungen, die angeblich den hypothetischen intramerkuriellen Planeten betrafen. Die hier genannten wurden von Leverrier und anderen Astronomen zur Bahnbestimmung benutzt.

  • Am 29. März 1800 beobachtete Prediger Fritsch in Quedlinburg morgens um 10 Uhr einen kleinen, schwarzen, fast ganz nebelfreien Fleck, welcher parallel dem Sonnenäquator auf der Sonnenscheibe in sechs Stunden merkbar fortrückte.
  • Am 27. Februar 1802 beobachtete derselbe Fritsch einen Fleck ähnlicher Art, der sich in einer nordwestlichen immer schneller werdenden Bewegung befand.
  • Am 2. Oktober 1839 sah de Cuppis, früher Astronom am Collegio Romano in Rom, einen vollkommen runden Fleck vor der Sonnenscheibe in rascher Bewegung vorüberziehen.
  • Am 12. März 1849 sah Sidebotham einen kleinen kreisrunden schwarzen Fleck auf der Sonne sich fortbewegen.
  • Am 26. März 1859 erfolgte die Beobachtung von Lescarbault.
  • Am 20. März 1862 bemerkte Lummis, Ingenieur in Manchester, einen kreisrunden und scharf begrenzten Fleck, welcher ziemlich rasch seinen Ort vor der Sonnenscheibe änderte.

Das vorhandene Beobachtungsmaterial war tatsächlich sehr gering, und es schien verwunderlich, daß bei der großen Anzahl von Beobachtungen, die zur Überwachung der Sonnenaktivität dauernd erfolgten, ein tatsächlich vorhandener intramerkurieller Planet nicht gefunden wurde. Außerdem war es bezeichnend, daß die meisten Angaben, die als Vorübergänge eines Planeten vor der Sonne gedeutet werden konnten, von astronomischen Laien stammten. Leverrier hatte versucht, aus den vorhandenen und am wenigsten zweifelhaften Daten eine Bahn herzuleiten, aber es war danach nicht gelungen, weder bei den gewöhnlichen Sonnenbeobachtungen noch bei totalen Sonnenfinsternissen auch nur den geringsten Hinweis auf die Existenz des vermuteten Planeten zu erhalten. Eine Entscheidung ließ weiter auf sich warten, wenn auch der vermutete Planet inzwischen schon einen Namen, nämlich "Vulkan" nach dem Gott des Schmiedefeuers, erhalten hatte, und nur Leverrier und einige andere Astronomen hielten weiter an dem Glauben an den intramerkuriellen Planeten fest. Ansonsten schlief die Sache ein, ohne daß für die Phänomene der Merkurbewegung eine ausreichende Erklärung gefunden worden war.

Da lief im Jahre 1876 eine Nachricht durch die Zeitungen, daß Weber in Peckeloh etwa sechs Monate vorher einen kreisrunden, schwarzen Fleck auf der Sonnenscheibe gesehen habe, der am nächsten Tag nicht mehr sichtbar war. Manche übereifrige Reporter benutzten die Gelegenheit, in dieser Beobachtung wieder einen Planetenvorübergang zu sehen. Hier half jedoch die inzwischen in der Astronomie eingeführte Photographie, den Fall zu klären. In Greenwich und an anderen Orten wurde nämlich damals schon eine regelmäßige photographische Überwachung der Sonne durchgeführt, und die Aufnahme von diesem Tage zeigte auch tatsächlich den von Weber gesehenen Fleck. Es stellte sich aber heraus, daß es sich bei diesem um einen ganz gewöhnlichen Sonnenfleck und nicht um einen Planeten handelte.

Leverrier nahm abermals eine Berechnung vor und kam zu dem Ergebnis, daß am 22. März 1877 möglicherweise ein Vorübergang des intramerkuriellen Planeten vor der Sonne stattfinden konnte. Daraufhin wurde natürlich noch fleißiger die Sonne beobachtet, und man kann sagen, daß in jenen Tagen vor und nach dem Leverrierschen Datum unser Zentralgestirn nicht einen Augenblick ohne Überwachung war. Aber nichts zeigte sich. Nun räumte Leverrier ein, daß der Planet möglicherweise dicht am Sonnenrande vorbeigegangen sein konnte, ohne beobachtbar zu sein. Als er am 23. September 1877 starb, glaubte er immer noch fest an die Existenz eines Planeten zwischen Sonne und Merkur, ohne jedoch in diesem Falle ebenso erfolgreich gewesen zu sein wie bei seiner ruhmreichen Entdeckung des Planeten Neptun.

Watsons Beobachtung

Am 29. Juli 1878 fand eine totale Sonnenfinsternis statt, die in weiten Teilen Nordamerikas sehr gut zu beobachten war. Zahlreiche Expeditionen machten sich auf den Weg, dieses Ereignis zu beobachten und Material für die weitere Erforschung unseres Zentralgestirns zu sammeln. Dabei wurde den Astronomen aufgetragen, besonderes Augenmerk auf die mögliche Sichtbarkeit des intramerkuriellen Planeten Vulkan zu haben.

Der amerikanische Astronom J. Watson hatte seinen Beobachtungsplatz in Separation (Wyoming), und er hatte sein Instrumentarium so eingerichtet, daß er im Falle der Sichtbarkeit eines verdächtigen Objektes sofort eine ungefähre Ortsbestimmung vornehmen konnte, denn bei der kurzen Dauer der Totalität von 2h 51s ließen sich genaue Messungen nicht durchführen. In einer Sternkarte hatte er den Ort der Sonne zur Zeit der Totalität exakt eingetragen, so daß er nicht Gefahr lief, Fixsterne für den gesuchten Planeten zu halten.

Gleich nach der Finsternis traf auf den europäischen Sternwarten die Nachricht ein, daß Watson einen Stern 4. Größe gesehen hatte, der weder ein bekannter Planet noch ein bekannter Fixstern sein konnte und daher wahrscheinlich der gesuchte intramerkurielle Planet sein mußte. Man wartete gespannt auf die Bestätigung dieser Nachricht von anderer Seite; zwar war Watson ein renommierter Astronom, dessen Beobachtungen man trauen konnte, aber es war doch bemerkenswert, daß von anderen Stationen, die sich nur der Suche nach Vulkan verschrieben hatten, ausdrücklich gemeldet worden war, daß von dem gesuchten Objekt nichts zu bemerken gewesen sei. Weitere Mitteilungen von Watson ergaben, daß er mit Sicherheit einen neuen Planeten, wahrscheinlich aber zwei, erkannt zu haben glaubte, außerdem erfuhr man, daß L. Swift in Rochester auch einen dieser Sterne beobachtet hatte, der mit früher bekannten nicht identisch war. So kam man zu der berechtigten Annahme, daß wirklich eine "Vulkangruppe" existiere.

Keine weitere Spur von "Vulkan"

Galliot in Paris und Oppolzer in Wien nahmen die Berechnungen Leverriers wieder auf, um zu untersuchen, ob das von Watson entdeckte Objekt mit den Körpern, die man früher vor der Sonne vorübergehen gesehen oder gesehen zu haben glaubte, identisch sein konnte. Oppolzer kam zu dem Resultat, daß dies nicht möglich sei, und als er noch eine ältere von Leverrier nicht berücksichtigte Beobachtung in die Rechnung mit einbezogen hatte, kam heraus, daß der fragliche Planet sicher am 19. März 1879 morgens 6 Uhr Berliner Zeit die Sonnenscheibe fast zentral durchqueren müsse. Zu dem angegebenen Datum wurde daraufhin bei gutem Wetter an vielen Orten die Sonne beobachtet, aber von einem Planeten fand sich wiederum keine Spur.

Einige Monate, nachdem die Watsonschen Beobachtungen bekannt geworden waren, unterzog der amerikanische Astronom E. F. H. Peters die Glaubwürdigkeit aller Beobachtungen, die sich auf Vorübergänge des intramerkuriellen Planeten vor der Sonne bezogen, einer scharfen Kritik. Seiner Ansicht nach verdienten sie alle miteinander kein Vertrauen. Was die Beobachtung Watsons besonders unglaubwürdig machte, war seine Mitteilung, der Planet habe sich ihm im Fernrohr als kleines rundes Scheibchen dargestellt, wo er doch bei der damaligen Konstellation, seitlich beleuchtet, hätte Sichelgestalt haben müssen.

Das Problem der Unregelmäßigkeiten der Merkurbewegung und des vermeintlichen intramerkuriellen Planeten blieb weiterhin ungeklärt. J. H. Mädler schreibt in seiner "Populären Astronomie" von 1852, nachdem er alle bis dahin bekannten Planeten einschließlich der Planetoiden aufgezählt hatte: "Es ist wahrscheinlich, dass noch mehr Planeten zu unserm Sonnensystem gehören, theils jenseits der bekannten, theils zwischen den Bahnen derselben, oder auch innerhalb der Merkursbahn", und in seinem 1881 erschienenen Buch "Astronomische Bilder" widmet der Heidelberger Astronom Wilhelm Valentiner dem intramerkuriellen Planeten ein ganzes Kapitel, das er mit den Worten schließt: "Fassen wir den jetzigen Stand der Frage über die Existenz intramercurieller Planeten in wenige Worte zusammen, so müssen wir sagen, daß dieselbe in neuester Zeit wesentliche Fortschritte nicht gemacht hat. Die Unregelmäßigkeiten in der Bewegung des Mercur, welche Leverrier durch seine Bearbeitung der Mercursbahn gefunden hat, sind bis jetzt noch nicht erklärt; der zur Erklärung derselben von Leverrier supponirte Planet (einer oder mehrere) ist mit Sicherheit noch nicht beobachtet worden".

Noch lange nach der Jahrhundertwende geisterte Vulkan durch viele populärwissenschaftliche Schriften. Inzwischen wissen wir: Den Planeten Vulkan gibt es nicht; die Lösung des Problems der Merkurbahn ließ sich auf himmeismechanischem Wege nicht finden, diese brachte erst die Relativitätstheorie Albert Einsteins (1879-1955).

Literatur

[l] J. H. Mädler: Populäre Astronornie. 4. Aufl. Berlin 1852.
[2] W. Valentiner: Astronomische Bilder. Leipzig 1881
[3] R. Learner: Das Teleskop. München 1982

Dieser Artikel erschien bereits in "Sterne und Weltraum", 10/1994

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