Friedrich Wilhelm Bessel

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Friedrich Wilhelm Bessel

Friedrich Wilhelm Bessel (* 22. Juli 1784 in Minden, Westfalen; † 17. März 1846 in Königsberg, Ostpreußen) war einer der bekanntesten deutschen Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts. Er wirkte als Astronom, Mathematiker und Geodät, wozu er sich das wissenschaftliche Basiswissen als Autodidakt erworben hatte.

Gefördert wurde er durch Wilhelm Olbers und Johann Hieronymus Schroeter, der ihn 1806 als Inspektor an seine Sternwarte Lilienthal holte, die zu seiner Zeit als sehr gut ausgestattet galt. Später wurde er an die Sternwarte Königsberg berufen, wo ihm 1838 sein größter astronomischer Erfolg mit der ersten erfolgreichen Parallaxenmessung zur Entfernungsmessung eines Fixsterns gelang. Neben seinen astronomischen Arbeiten lieferte Bessel wichtige Beiträge zur Erd- und Landesvermessung, wie unter anderem die sehr genaue Bestimmung der Dimensionen des Erdkörpers (Bessel-Ellipsoid).

Nach Bessel wurden verschiedene Funktionen der Mathematik (zum Beispiel die Besselsche Differentialgleichung) und einige Begriffe der Astronomie (zum Beispiel die Besselschen Elemente) benannt, ferner ein Mondkrater, der Asteroid (1552) Bessel.

Leben[Bearbeiten]

Familie[Bearbeiten]

Bessel wurde 1784 als Sohn des Justizrates Carl Friedrich Bessel im westfälischen Minden geboren, der zu dieser Zeit als Regierungssekretär im preußischen Staatsdienst beschäftigt war. Die kinderreiche Familie mit drei Söhnen und sechs Töchtern lebte in bescheidenen Verhältnissen. Bessels Brüder schlugen die juristische Laufbahn ein: der ältere Bruder Moritz Carl wurde später Landgerichtspräsident in Kleve, der jüngere Bruder Theodor Ludwig erhielt das gleiche Amt in Saarbrücken.

Bessel heiratete im Oktober 1812 Johanna Hagen (1794−1885), eine Tochter von Karl Gottfried Hagen. Das Paar hatte fünf Kinder:

  • Wilhelm (1814–1840)
  • Johanne Marie (1816–1902), verheiratet mit Georg Adolf Erman
  • Friederike Elisabeth (Elise) (1820–1913), verheiratet mit Heinrich Lorenz Behrend Lorck
  • Johanna (1826–1856), verheiratet mit Adolf Hermann Hagen
  • (Sohn) (*/† 1837)

Schulzeit und Lehrjahre[Bearbeiten]

Die Kenntnisse über Bessels Jugendzeit bis zum Beginn seiner Tätigkeit entstammen seiner fragmentarischen Autobiographie[1] sowie den Briefwechseln mit seinem älteren Bruder Moritz Carl Bessel[2] und seinem ehemaligen Lehrer Johann Conrad Thilo[3].

Nach eigener Aussage war es eine starke Abneigung gegen den Lateinunterricht, die zum Abbruch der Schullaufbahn führte, nachdem er das Mindener Gymnasium bis zur Untertertia besucht hatte. Unterstützung fand er bei einem seiner Gymnasiallehrer, dem Conrector Johann Conrad Thilo.[4], der ihm die ersten Kenntnisse in den Naturwissenschaften vermittelt und seine besondere Begabung für die Mathematik erkannt hatte. Bessel verließ mit 14 Jahren die Schule und erhielt Privatunterricht in Mathematik und Französisch.

1799 wurde er Lehrling im angesehenen Handelshaus Kulenkamp & Söhne in Bremen, wo er sich zu sieben Jahren unentgeltlichen Lehrdienstes verpflichtete. Er erwarb rasch das Vertrauen seiner Vorgesetzten und erhielt ab dem zweiten Jahr eine Gratifikation, die er unter anderem in Bücher investierte. Er arbeitete auf dem Gebiet des Überseehandels und strebte die Stelle eines Cargadeurs (Frachtbegleiter) an, um an einer Expedition nach Übersee teilnehmen zu können. Deshalb versuchte er, sich jenes Wissen anzueignen, das ihm für diese Tätigkeit nützlich erschien – und das schloss Fremdsprachen wie Englisch und Spanisch ein sowie Kenntnisse in der Nautik, insbesondere der Navigation. Die Beschäftigung mit der Steuermannskunst brachte ihn schließlich zur Astronomie.

Das „Besselei“, ein Denkmal in Bremen

Bessels Weg zur Astronomie[Bearbeiten]

Um sich in der Navigation kundig zu machen, studierte Bessel die Anleitung zur geographischen Ortsbestimmung des Astronomen Johann von Bohnenberger. Für das Verständnis fehlten ihm zunächst die mathematischen Grundlagen, doch war er imstande, sie sich mit einem Lehrbuch in kurzer Zeit zu erarbeiten. In der Praxis ist ein Navigator auf Instrumente für die Messung von Höhenwinkeln von Sternen angewiesen, doch solche waren für Bessel finanziell unerschwinglich. Mit Hilfe eines Tischlers und eines Uhrmachers baute er sich einen Sextanten selbst und erdachte zur Zeitbestimmung die (später so genannte) Zirkummeridian-Methode mit zwei Sternen in etwa gleicher Höhe. Als er mit seinem kleinen Fernrohr eine Sternbedeckung am dunklen Mondrand beobachtete, reizte es den jungen Amateurforscher, daraus die geographische Länge von Bremen zu berechnen. Einige dafür notwendige Messungen aus anderen Ländern fand er in der von Franz Xaver von Zach gegründeten Fachzeitschrift Monatliche Correspondenz und dem Astronomischen Jahrbuch von Johann Elert Bode.

Förderung durch Heinrich Wilhelm Olbers[Bearbeiten]

Bei seinen Studien stieß Bessel auf Thomas Harriots Beobachtungsdaten zum Kometen von 1607, der später als Halleyscher Komet bekannt wurde. Dies erweckte in ihm den Wunsch, die Bahn dieses Himmelskörpers zu berechnen. Die dazu nötigen Kenntnisse fand er in Jérôme Lalandes Buch Lehrbegriff der Astronomie und in der von Wilhelm Olbers 1797 veröffentlichte Abhandlung zur Bahnbestimmung von Kometen[5].

Olbers lebte ebenfalls in Bremen, wo er als Arzt praktizierte. So ergab sich für Bessel die Möglichkeit, mit Olbers direkt in Kontakt zu treten. Am 28. Juli 1804 sprach er ihn auf der Straße an und bat, ihm seine Berechnungen vorlegen zu dürfen. Bessel stieß beim aufgeschlossenen Olbers auf Interesse und gewann in ihm einen Mentor. Olbers erkannte Bessels Talent und förderte ihn, indem er ihm astronomische Schriften zukommen ließ. Als Kometenexperte erfasste Olbers sofort die Bedeutung von Bessels Abhandlung und veranlasste ihre Publikation in der „Monatlichen Correspondenz“.

Bessel als Astronom[Bearbeiten]

Die Königsberger Universitätssternwarte

Nachdem er seine Lehrzeit ordnungsgemäß beendet hatte, schlug Bessel das Angebot für eine Weiterbeschäftigung in der Firma Kulenkamp aus und gab den Kaufmannsberuf auf. Im März 1806 nahm er die Tätigkeit als Inspektor an der privaten Sternwarte von Johann Hieronymus Schroeter im nahegelegenen Lilienthal an. Er wurde dort der Nachfolger Karl Ludwig Hardings, der eine Berufung an die Universität Göttingen erhalten hatte. In dieser Zeit entstand eine enge Verbindung zu Carl Friedrich Gauß, die durch einen umfangreichen Briefwechsel dokumentiert wird.[6]

Am 6. Januar 1810 wurde Bessel vom preußischen König Friedrich Wilhelm III. zum ersten Professor für Astronomie an der Albertus-Universität Königsberg und zum Direktor der neu zu errichtenden Sternwarte ernannt, ohne die oberen Klassen eines Gymnasiums besucht, eine Abiturprüfung abgelegt, studiert, promoviert oder habilitiert zu haben.

Bessel traf am 11. Mai 1810 in Königsberg ein und nahm noch im laufenden Sommersemester seine Lehrtätigkeit auf mit Vorlesungen in Astronomie und Mathematik. Wegen seines fehlenden akademischen Abschlusses bestritten die Professoren der Philosophischen Fakultät Bessel das Recht auf Abhaltung mathematischer Vorlesungen. Bessel ignorierte die Einwände und las auch im nächsten Semester über Mathematik. Um die Sache nicht eskalieren zu lassen wandte sich Bessel schließlich an Gauss mit der Bitte, ihm ein Abschlussdiplom der Universität Göttingen zu verschaffen, was diesem auch gelang: Bessel erhielt mit Urkunde vom 30. März 1811 die Doktor- und Magisterwürde honoris causa.

In wissenschaftlicher Hinsicht konnte Bessel zunächst nur seine theoretischen Untersuchungen aus Lilienthal weiterführen. Neben dem akademischen Unterricht standen die Bemühungen um die neu zu errichtende Sternwarte im Mittelpunkt seiner Tätigkeit. Er wählte den Bauplatz aus und entwarf einen Plan für die Raumstruktur des Gebäudes, den er auch gegen den Widerstand der Berliner Regierung durchzusetzen wusste. Am 10. November 1813 konnte er in die fertiggestellte Sternwarte einziehen. Deren instrumentelle Erstausstattung bestand vorwiegend aus gebrauchten Geräten, die der Graf von Hahn in seiner Sternwarte Remplin benutzt hatte und vom preußischen Staat 1809 aus dessen Nachlass erworben worden waren.

Im Laufe der Zeit konnte Bessel die instrumentelle Ausstattung erweitern. Zur Durchführung des von ihm geplanten Beobachtungsprogramms benötigte er einen Meridiankreis[7], den er 1818 erhielt; ein zweiter folgte 1841. Diese Instrumente stellten optische und mechanische Spitzenleistungen dar, genauso wie das 1829 gelieferte Heliometer[8].

Nachdem der Sternwartenbetrieb angelaufen war, zog Bessel in zunehmendem Maße fähige Studenten zur praktischen Beobachtungstätigkeit heran. Zu ihnen gehörte Gotthilf Hagen, ein Cousin seiner Ehefrau, der sich aber später dem Wasserbau zuwandte. Bessels Sohn Wilhelm studierte ebenfalls zunächst in Königsberg Astronomie[9], gab das Studium aber nach zwei Jahren auf und ließ sich an der Berliner Bauakademie, die von Schinkel geleitet wurde, zum Baukondukteur ausbilden. Sein Tod im Oktober 1840 war für Bessel ein sehr schmerzhafter Verlust.

1842 trat Bessel in Begleitung seiner Tochter Elise, seines Schwiegersohnes Georg Adolf Erman und des befreundeten Mathematikers Carl Gustav Jacob Jacobi seine erste und einzige Auslandsreise an, die ihn nach Großbritannien führte, wo er in Manchester an der Jahrestagung der British Association for the Advancement of Science teilnahm[10]. Die Rückreise führte ihn durch Frankreich und Belgien.

Bessels Gesundheitszustand verschlechterte sich danach so stark, dass er ab Oktober 1844 seine Beobachtungs- und Lehrtätigkeit aufgeben musste und kaum noch wissenschaftliche Arbeit leisten konnte. Als Zeichen seiner Wertschätzung veranlasste Friedrich Wilhelm IV. eine zeitweise Behandlung durch seinen Leibarzt Schönlein. Bessel starb am 17. März 1846 und wurde auf dem Gelehrtenfriedhof in Königsberg beerdigt. Eine Obduktion ergab, dass Bessel einer Geschwulstkrankheit erlegen war, die Repsold (1919) als Darmkrebs bezeichnete[11][12]. Einer neueren Auswertung seiner Krankengeschichte zufolge verstarb Bessel an einer Retroperitonealfibrose[13].

Bessel war schnell in die Königsberger Gesellschaft integriert. Er war Mitglied der Gesellschaft der Freunde Kants und soll der Urheber des dortigen Brauchs gewesen sein, einen jährlichen „Bohnenkönig“ zu wählen[14]. Weiterhin gehörte er der Physikalisch-ökonomischen Gesellschaft an und hielt dort in den 1830er Jahren eine Reihe von populärwissenschaftlichen Vorträgen, die posthum veröffentlicht wurden[15].

Wissenschaftliche Leistungen[Bearbeiten]

Astronomie[Bearbeiten]

In Lilienthal begann Bessel mit der Erarbeitung eines Sternkatalogs, der 1818 fertiggestellt wurde. Sein Ausgangsmaterial war eine Liste von über 3000 Sternen, deren Positionen der englische Astronom James Bradley in den Jahren 1750 bis 1761 mit Hilfe eines Mauerquadranten gemessen hatte. Die gelisteten Sternörter können noch nicht als Sternkatalog gelten, da sie auf Grund zahlreicher Einflüsse mit Fehlern behaftet sind: 1. durch die Bewegung der Erde im Sonnensystem (Präzession, Nutation, Aberration), 2. durch die Erdatmosphäre (Refraktion) und 3. durch Fehler der benutzten Geräte (Mauerquadrant, Uhr). Außerdem verändern die Sterne ihre relative Position zueinander. Bessel ermittelte die Größen dieser Einflussfaktoren aus dem Datenmaterial der Bradley-Liste heraus, wodurch die bis dahin bekannten Werte deutlich verbessert wurden. Auf dieser Grundlage reduzierte er die Bradley-Daten, d.h. er berechnete die wahren Sternörter für das Jahr 1755 und gab sie unter dem Titel Fundamenta Astronomiae 1818 heraus. Als grundlegendes wissenschaftliches Werk erschien es in lateinischer Sprache, für die Bearbeitung hatte Bessel in Königsberg sprachkundige Helfer.[16]

Aus der Arbeit am Bradley-Katalog herrührend veröffentlichte Bessel schon vorab eine Abhandlung über die Bestimmung der Präzessionskonstanten, die er aus den Daten abgeleitet hatte. Diese Schrift wurde von der Preußischen Akademie der Wissenschaften 1813 preisgekrönt[17].

Nachdem Bessel für die Königsberger Sternwarte einen Meridiankreis von Reichenbach anschaffen konnte, begann er die Beobachtungsarbeit zu einem eigenen Sternkatalog, der die bisher vorhandenen an Fülle und Genauigkeit übertreffen sollte. Er teilte den Himmel in Zonen von jeweils 2 Grad Deklination ein, in denen er systematisch die gefundenen Sterne bis zur 9.Größenklasse „beobachtete“, das heißt er maß die Koordinaten für Rektaszension und Deklination. Bessel beschränkte den räumlichen Bereich der Beobachtungen zunächst auf das Himmelsgebiet von -15° bis +15° Deklination, den engeren Bereich um den Himmelsäquator. Diese Region war schon dadurch interessant, dass in ihr am ehesten die Auffindung bisher unentdeckt gebliebener Planeten zu erwarten war. Später dehnte Bessel den Beobachtungsbereich bis auf +45° Deklination aus. Insgesamt wurden etwa 75000 Sterne registriert.

Dieses Unternehmen fand später seine Fortsetzung in der Bonner Durchmusterung von Argelander, der in der Anfangszeit der Zonenbeobachtungen Bessels Assistent war.

Zur Förderung der astronomischen Arbeit ist es hilfreich, die Sternpositionen nicht nur in Katalogen zu erfassen. Bessel regte 1825 bei der Preußischen Akademie der Wissenschaften an, das in den Sternkatalogen gelistete Material in Sternkarten nach einheitlichem Muster kartographisch darzustellen, wozu er auch gleich ein Musterblatt vorlegte[18]. Damit das Projekt wegen des enormen Arbeitsumfangs in überschaubarer Zeit fertig gestellt werden konnte, wurde die Arbeit an den einzelnen Blättern unter der Leitung der Berliner Akademie auf verschiedene in- und ausländische Sternwarten verteilt und stellt damit ein frühes Beispiel für eine gelungene internationale Kooperation auf wissenschaftlichem Gebiet dar. Bessel beteiligte sich wegen anderer Projekte nicht an der Projektdurchführung, jedoch erarbeiteten mehrere seiner ehemaligen Schüler (Argelander, Steinheil, Luther) sowie sein Göttinger Kollege Harding einzelne Blätter. Bessel täuschte sich jedoch anfangs über den Zeitbedarf, die Berliner Akademischen Sternkarten lagen erst 1859 vollständig vor[19][20].

Mit den genaueren Sternkatalogen und -karten standen nun auch die Mittel zur genaueren Bahnbestimmung schnell beweglicher Himmelskörper (Planeten, Kometen) zur Verfügung. Insbesondere der Planet Uranus, den Herschel 1781 entdeckt hatte, erwies sich als schwieriges Objekt, da seine beobachtete Bahn nicht mit himmelsmechanischen Berechnungen in Einklang zu bringen war. Bessel befasste sich eingehend mit diesem Problem und entwarf eine Arbeitshypothese, die eine Modifizierung des Gravitationsgesetzes beinhaltete.[21] Da diese Überlegung in eine Sackgasse führte, verzichtete Bessel auf eine Publikation und schloss sich später der herrschenden Meinung der Astronomen an, dass die störenden Einflüsse auf die Uranusbahn von einem unbekannten Himmelskörper verursacht werden. Dazu ließ er seinen Studenten Wilhelm Flemming (1812-1840) die Uranusbahn neu berechnen. Dessen früher Tod und Bessels eigene Krankheit verhinderten eine Fortführung des Projekts. Nachdem Le Verrier und Adams den vermutlichen Ort dieses Himmelskörpers, des Neptun, berechnet hatten, konnte er von Galle am 23. September 1846 gefunden werden. Er benutzte dazu ein schon gedrucktes, aber noch unveröffentlichtes Blatt der von Bessel angeregten Berliner Akademischen Sternkarten.

Als Pionierarbeit gilt die Entfernungsbestimmung des Fixsterns 61 Cygni durch die erstmals gelungene Messung einer jährlichen Parallaxe. Schon Kopernikus und Kepler hatten erkannt, dass im Rahmen des heliozentrischen Systems ein Parallaxeneffekt auftreten müsste: nahe gelegene Sterne müssten vor dem Hintergrund weit entfernter Sterne durch die Umdrehung der Erde um die Sonne im Jahresverlauf eine andere scheinbare Position einnehmen. Trotz intensiver Suche konnte dieser Effekt jedoch bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts nicht zuverlässig nachgewiesen werden.

Bessel stellte sich ebenfalls dieser Herausforderung, die aus drei Teilproblemen besteht. Erstens musste ein dem Sonnensystem möglichst nahe gelegener Stern gefunden werden, der zur Untersuchung lohnend war. Zweitens musste die Messung wegen der Kleinheit des Effekts mit größter Präzision durchgeführt und drittens mathematisch ausgewertet werden.

Königsberger Heliometer

Als Beobachtungsobjekt wählte Bessel nicht, wie andere Parallaxensucher vor ihm, einen möglichst „hellen“ Stern, von dem man annahm, dass er auch nah war, sondern mit dem wenig auffälligen 61 Cygni (Sternbild „Schwan“) einen Schnellläufer, der im von Bessel bearbeiteten Bradley-Katalog eine große Eigenbewegung zeigte und deshalb nah sein musste. Messtechnisch günstig war auch der Umstand, dass er als Zirkumpolarstern fast ganzjährig gut beobachtet werden konnte. Wegen der schnellen Positionsveränderung dieses Sterns am Sternenhimmel genügte es nicht, seine Positionen zweimal im halbjährlichen Abstand zu messen. Es war vielmehr erforderlich, die Sternpositionen relativ zu zwei Vergleichssternen in einer mindestens ein Jahr dauernden Messreihe zu bestimmen. Die jährliche Parallaxe wurde somit nicht direkt gemessen, da ihre Größe viel zu gering ist, sondern nur die Positionsveränderungen von 61 Cygni. Die Parallaxe musste aus den Bewegungsdaten heraus gerechnet werden. Bessel erhielt den Parallaxenwert von 0″,3136 bei einem mittleren Fehler von 0″,0111. Daraus ließ sich die Entfernung von 61 Cygni zu 10,1 Lichtjahren berechnen. (Als zuverlässig gelten heute die Werte 0″,28588 und 11,4 Lichtjahre.)[22]

Die Bestimmung der Parallaxe mit einem Heliometer, das von Fraunhofer konzipiert worden war, war für Bessel die Methode der Wahl. Er war der erste Astronom, der das Heliometer für systematische Messreihen einsetzte[23]

Zur gleichen Zeit ermittelten Struve in Dorpat für die Wega (Sternbild „Leier“) und Henderson in Kapstadt für Alpha Centauri (Sternbild „Zentaur“) mit anderen Methoden ebenfalls die Parallaxen. Alle drei Forscher kamen mit ihren Werten in eine ähnliche Größenordnung und konnten sich damit gegenseitig bestätigen.[24] Mit diesen Ergebnissen hatte man nicht nur die Vorstellung über die kosmischen Größenordnungen erweitern, sondern auch nach der jährlichen Aberration einen zweiten empirischen Beweis für die Richtigkeit des heliozentrischen Systems gewinnen können.

Bei der Analyse der Eigenbewegungen der kosmischen Schnellläufer Sirius (Sternbild „Großer Hund“) und Prokyon (Sternbild „Kleiner Hund“) entdeckte Bessel jeweils eine langperiodische Abweichung von der geradlinigen Bewegung. Zur Erklärung dieses zunächst unerklärlichen Effekts postulierte er 1844 für beide Sterne die gravitative Einwirkung eines jeweils bislang unerkannten Begleitsterns. Die seit Christian Mayer (1779) bekannten Doppelsternsysteme bestanden durchweg aus zwei sichtbaren Komponenten. Bessels Nachfolger C.F.A. Peters berechnete 1851 den genauen Wert der Abweichung für Sirius und 1862 konnte Alvan Graham Clark den Sirius B genannten Begleitstern finden. Dieser gehört mit der scheinbaren Helligkeit von 8,5 mag, aber vergleichsweise großer Masse zu den Weißen Zwergen und ist das erste bekannte Exemplar seiner Gattung. Analog dazu wurde 1896 von Schaeberle der Weiße Zwerg Prokyon B entdeckt. Wegen der großen Leuchtkraft von Sirius A (-1,46 mag), des hellsten Sterns am Nachthimmel, und einer ungünstigen geometrischen Konstellation konnte Bessel zu seiner Zeit den Begleitstern nicht sehen.

Bessel erkannte sofort die Tragweite seiner Entdeckung. Die durch ihn selbst in den Fundamenta Astronomiae bis zur Perfektion ausgearbeitete Methode, die Sternbeobachtungen auf einen bestimmten Zeitpunkt zu reduzieren, d.h. den Sternenhimmel für einen bestimmten Zeitpunkt genau darzustellen, musste von nun an für ungenau gelten, solange man den Einfluss dieser systematischen Schlingerbewegungen einiger Sterne nicht mitberücksichtigte.

Bei seinen Meridiankreisbeobachtungen bemerkte Bessel 1821, dass sich seine Beobachtungszeiten systematisch von denen seines Assistenten Walbeck um einige Zehntelsekunden unterschieden[25]. Er gilt damit als Entdecker des später als Persönliche Gleichung bekannt gewordenen Phänomens.

Mathematik[Bearbeiten]

80 Pf-Sondermarke der Deutschen Bundespost (1984) mit einer Darstellung der Bessel-Funktion

Die Beschäftigung mit der mathematischen Geographie und der astronomischen Ortsbestimmung veranlasste Bessel zum Studium rein mathematischer Werke. Er eignete sich autodidaktisch das damals bekannte Instrumentarium der höheren Mathematik an.

Bei der Analyse der planetarischen Störungen erweiterte er die Anwendbarkeit der später von Schlömilch so benannten Bessel-Funktionen, die inzwischen vielfältige Anwendungsmöglichkleiten in verschiedenen Gebieten der Physik (z.B. Bessel-Strahl und Bessel-Filter) gefunden haben. Zu nennen wären auch Beiträge zur Theorie der Methode der kleinsten Quadrate.

Die Berechnung der lokalen Gegebenheiten einer Sonnenfinsternis erfolgt auch heute anhand des von ihm entwickelten Prinzips unter Verwendung der Besselschen Elemente.

Rein mathematische Arbeiten ohne astronomischen Anwendungsbezug verfasste Bessel nur zu Beginn seiner Königsberger Zeit über den Integrallogarithmus und die Fakultäten in Zusammenarbeit mit Carl Friedrich Gauss.

Geodäsie[Bearbeiten]

Bis zum 19. Jahrhundert war es üblich, dass Astronomen auch geodätische Aufgaben ausführten wegen der teilweise ähnlichen Messverfahren, der umfangreichen mathematischen Auswertungen und der Einarbeitung astronomischer Daten. Bessel ließ sich die Leitung der Vermessung Ostpreußens übertragen,[26] deren eigentliches Ziel darin bestand, das Triangulationsnetz, das Karl von Müffling in den westlichen Landesteilen Preußens erstellt hatte, mit dem Netz zu verbinden, das die westlichen Provinzen Russlands erfasste. Bei dem klassischen Vermessungsverfahren der Triangulation müssen die Lagebeziehungen weit entfernter Punkte zueinander durch Winkelmessung mittels Theodoliten bestimmt werden. Bei der praktischen Durchführung konnte Bessel auf die Unterstützung der preußischen Armee zurückgreifen, die für die Vermessung und Kartographie zuständig war. Als überaus erfolgreich gestaltete sich die Zusammenarbeit mit dem damaligen Hauptmann Johann Jacob Baeyer[27]. Die Messungen wurden in den Jahren 1832 bis 1835 vorgenommen.

Schwieriger als die Winkelmessung gestaltete sich vor der Erfindung optoelektronischer Geräte die Längenmessung. Die Länge mindestens einer Dreiecksseite musste bekannt sein, konnte aber nicht über mehrere Zehner von Kilometern genau gemessen werden. Als Lösung wurde ein Basisvergrößerungsnetz angelegt, bei der ausgehend von einer kurzen, sehr genau vermessenen Linie durch eine eigene Basis-Triangulation die Länge einer Hauptdreiecksseite bestimmt wurde. Zur Längenmessung ließ Bessel nach eigenen Vorstellungen einen Basisapparat anfertigen und bestimmte damit vom 11. bis 16. August 1834 nordwestlich von Königsberg zwischen den Orten Mednicken und Trenk mit äußerster Genauigkeit eine Grundlinie, deren Länge 1822,330 m betrug. Der Basisapparat Typ Bessel wurde in den nächsten Jahrzehnten zum Standardgerät der Längenmessung in der Geodäsie.[28]

Bessel begnügte sich allerdings nicht mit einer bloßen Verbindungstriangulation, die immerhin das letzte Glied einer durchgehenden Vermessungskette von Spanien bis zum nördlichen Eismeer darstellte. Bessel gestaltete die Arbeit von vornherein als eigenständige Gradmessung, bei der die geographischen Koordinaten einiger Messpunkte unabhängig voneinander mit der größtmöglichen Genauigkeit bestimmt werden, in diesem Falle waren es die Endpunkte der Kette in Trunz bei Elbing und Memel sowie die Königsberger Sternwarte. Als Ergebnis konnte Bessel die Abstandslänge eines Breitengrads in der Lage Ostpreußens berechnen. Der Arbeitsbericht erschien 1838 als Gradmessung in Ostpreußen.

Gewissermaßen als Nebenprodukt des Projekts gelang es Bessel durch die Vereinigung der Resultate seiner Gradmessung mit denen zehn weiterer, weltweit verteilten Gradmessungen die Dimensionen der Erdfigur als Rotationsellipsoids abzuleiten, das allen Messungen so gut wie möglich nahe kommt. Das Bessel-Ellipsoid wurde bis in die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts als Grundlage der topographischen Karten in Deutschland und zahlreichen anderen Staaten verwendet. Genauere Werte wurden erst durch die Satellitengeodäsie erhalten.

Physik[Bearbeiten]

Friedrich Wilhelm Bessel beschäftigte sich lange Zeit mit physikalischen Untersuchungen, die in enger Beziehung zu seinen Hauptaktivitäten in der Astronomie und Geodäsie standen. Zu diesem Zweck ließ er sich nach eigenen Entwürfen von dem Hamburger Mechaniker Johann Georg Repsold einen Pendelapparat bauen, wie sich aus dem beiderseitigen Briefwechsel nachweisen lässt.

Pendelmessungen[Bearbeiten]

Die erste große physikalische Untersuchung betraf die Bestimmung der Pendellänge. Nach der Pendelgleichung hängt die Schwingungsdauer eines Pendels nur von seiner Länge und dem örtlichen Wert der Schwerkraft ab. Dementsprechend versuchte Bessel in den Jahren 1825 bis 1827 zunächst, die genaue Länge eines Pendels mit der Halbschwingungsdauer von einer Sekunde unter Berücksichtigung aller unvermeidlich verbliebener, apparatetechnischer Fehlerquellen zu ermitteln. Für den Ort der Königsberger Sternwarte erhielt er als Länge des Sekundenpendels den Wert von 440,8147 Pariser Linien (= 994,390 mm), auf den Meeresspiegel reduziert von 440,8179 Linien (= 994,397 mm).

Mit seinem zweiten Forschungsprojekt, das Bessel mit dem Pendelapparat in Angriff nahm, knüpfte er an Versuchsreihen von Isaac Newton an. Er wollte überprüfen, ob die Materialqualität eines Körpers einen Einfluss auf die Schwere hat. Bessel verglich die Schwingungsdauer des Pendels, nachdem er Proben aus unterschiedlichen Materialien an diesem angebracht hatte. Um zu prüfen, ob sich kosmische Materie gravitativ genau so wie irdische verhält, verwendete er dazu auch Meteoritenmaterial. Als Resultat zeigte sich die Unabhängigkeit der Schwingungsdauer des Pendels von der Art des Materials. Damit bestätigte Bessel mit einer um mehrere Zehnerpotenzen größeren Genauigkeit der Materialunabhängigkeit der Gravitation.

Das preußische Längenmaß[Bearbeiten]

Eine praktische Anwendung der Pendelmessungen ergab sich durch das Bedürfnis, das Längenmaß gesetzlich festzulegen. Der Preußische Fuß wurde 1816 definitorisch an das französische Längenmaß gekoppelt (1 Fuß = 139,13 Pariser Linien)[29]. Der Preußischen Akademie der Wissenschaften oblag die Anfertigung eines praktisch unveränderlichen Urmaßes und die Herstellung von Kopien desselben. Außerdem sollte sichergestellt werden, dass dies Urmaß jederzeit reproduziert werden konnte.

Das Projekt stagnierte lange Zeit und wurde schließlich Bessel übertragen. Er ließ das Urmaß nach eigenen Plänen technisch anfertigen. Mit Hilfe seines Pendelapparates ermittelte Bessel 1835 an der Berliner Sternwarte die Länge des Sekundenpendels für Berlin (440,739 Linien) und koppelte damit die Länge des Urmaßes direkt an die Länge des Pendels. Für Bessel war es von große Bedeutung, dass er für die gesetzliche Maßeinheit die Möglichkeit der jederzeitigen Reproduktion eröffnet hatte. Der Besselsche Maßstab erhielt am 10. März 1839 in Preußen Gesetzeskraft[30].

Im Rahmen dieser Arbeit löste Bessel rechnerisch das Problem, die optimalen Auflagepunkte einer zweifach gelagerten Messstange zu bestimmen, bei der die Veränderungen der Stange durch die Schwerkraft möglichst gering werden (Bessel-Punkt). Er fand für eine Stange der Länge 1 die geringste Durchbiegung mit Auflagepunkten bei 0,22031, die geringste Längenänderung mit Auflagepunkten bei 0,2113 der Gesamtlänge.[31]

Bedeutende Schüler[Bearbeiten]

Einige von Bessels Schülern erlangten bedeutende Stellungen in der Astronomie und deren Umfeld:

Auszeichnungen[Bearbeiten]

Namensgeber[Bearbeiten]

Folgende Fachartikel behandeln nach Bessel benannte Themen und Sachverhalte:

Die Alexander-von-Humboldt-Stiftung vergibt jährlich einen Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreis, der mit 45.000 Euro dotiert ist.

In zahlreichen Orten wurden nach F.W.Bessel Straßen oder Wege benannt. Die erste derartige Namensgebung erfolgte noch zu Bessels Lebzeiten im Jahre 1844 auf Veranlassung von Friedrich Wilhelm IV. in der Berliner Friedrichstadt, heute Stadtteil Kreuzberg. In der Nähe dieser Straße war 1835 der Neubau der Sternwarte Berlin errichtet worden, heute trägt das Gelände den Namen Besselpark.

Das Besselgymnasium in Minden und ein dortiger Ruderclub wurden nach ihm benannt.

Am Haus Minden, Kampstraße 28, das an der Stelle seines Geburtshauses steht, ist eine Gedenktafel angebracht. Am Mindener Marktplatz (Martinitreppe) befindet sich seit 1996 eine Büste[32] des Astronomen von Doris Richtzenhain[33] und eine Gedenktafel.

Unter dem Dach des Preußen-Museums Minden befindet sich eine Ausstellung[34] zu Bessels Leben und Werk.

In Kaliningrad erinnert am Ort der zerstörten Sternwarte ein Gedenkstein an Friedrich Wilhelm Bessel[35] und eine Straße wurde nach ihm benannt.

Bildergalerie[Bearbeiten]

Schriften[Bearbeiten]

  • Untersuchungen über die scheinbare und wahre Bahn des im Jahre 1807 erschienenen grossen Kometen. Königsberg 1810
  • Untersuchung der Größe und des Einflusses des Vorrückens der Nachtgleichen. Berlin 1815
  • Fundamenta Astronomiae pro anno MDCCLV deducta ex observationibus viri incomparabilis James Bradley in Specula astronomica Grenovicensi. Per Annos 1750-1762 institutis.
  • Untersuchungen über die Länge des einfachen Secundenpendels. Berlin 1828
  • Tabulae regiomontanae reductionum observationum astronomicarum ab anno 1750 usque ad annum 1850 computatæ. Königsberg 1830
  • Versuche über die Kraft mit welcher die Erde Körper von verschiedener Beschaffenheit anzieht. Berlin 1832
  • Gradmessung in Ostpreußen und ihre Verbindung mit Preußischen und Russischen Dreiecksketten. Ausgeführt von F.W.Bessel, Director der Königsberger Sternwarte, Baeyer, Major im Generalstabe. Berlin 1838 (Text von F.W.Bessel)
  • Darstellung der Untersuchungen und Maaßregeln, welche, in 1835 bis 1838, durch die Einheit des Preußischen Längenmaaßes veranlaßt worden sind. Berlin 1839
  • Astronomische Untersuchungen.
  • Heinrich Christian Schumacher (Hrsg.): Populäre Vorlesungen über wissenschaftliche Gegenstände. Hamburg 1848 (Google Preview, Digitalisat)
  • Rudolf Engelmann (Hrsg.): Abhandlungen von Friedrich Wilhelm Bessel. 3 Bände
    • 1. Band: I. Bewegungen der Körper im Sonnensystem. II. Sphärische Astronomie. Leipzig 1875
    • 2. Band: III. Theorie der Instrumente. IV. Stellarastronomie. V. Mathematik. Leipzig 1876
    • 3. Band: VI. Geodäsie. VII. Physik. VIII. Verschiedenes – Literatur. Leipzig 1876
  • Rudolf Engelmann (Hrsg.): Recensionen von Friedrich Wilhelm Bessel. Leipzig 1878

Briefwechsel[Bearbeiten]

  • Adolph Erman (Hrsg.): Briefwechsel zwischen W.Olbers und F.W.Bessel. Leipzig 1852, 2 Bände
  • Königlich Preußische Akademie der Wissenschaften (Hrsg.): Briefwechsel zwischen Gauss und Bessel. Leipzig 1880, ISBN  3-487-05551-1
  • Hans-Joachim Felber (Hg.): Briefwechsel zwischen Alexander von Humboldt und Friedrich Wilhelm Bessel. (= Beiträge zur Alexander-von-Humboldt-Forschung, Band 10), Akademie Verlag, Berlin 1994, ISSN 0232-1556
  • Jürgen W. Koch: Der Briefwechsel zwischen Friedrich Wilhelm Bessel und Johann Georg Repsold. Koch, Holm 2000, ISBN 3-89811-533-X

Literatur[Bearbeiten]

  • Klemens Adam, Gerd Huneke, Heinrich Rademacher (Red.): Friedrich Wilhelm Bessel. 1784–1846. Beiträge über Leben und Werk des bekannten Astronomen. Besselgymnasium der Stadt Minden, Minden 1996. darin:
Neumann-Redlin von Meding, E.: F.W.Bessel im Kreise der Königsberger Naturwissenschaftler. Sein Zusammenwirken mit K.G.Hagen, C.G.Jacobi und F.Neumann. S. 67–80

Weblinks[Bearbeiten]

 Wikisource: Friedrich Wilhelm Bessel – Quellen und Volltexte
 Commons: Friedrich Wilhelm Bessel – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise und Anmerkungen[Bearbeiten]

  1. F.W.Bessel: Kurze Erinerungen an Momente meines Lebens. Königsberg 1846; abgedruckt in: 1. Adolph Erman: Briefwechsel von W.Olbers mit F.W.Bessel. Leipzig 1852, S. IX–XXX; 2. Rudolf Engelmann: Abhandlungen von Friedrich Wilhelm Bessel. Band I. Leipzig 1875, S. XI–XXIV; 3. J.A.Repsold: Friedrich Wilhelm Bessel. In: Astronomische Nachrichten Bd.210 (1919), S. 161–214, Sp.161–177
  2. F.W.Bessel: Ich habe Euch lieb aber der Himmel ist mir näher. Eine Autobiographie in Briefen. Minden 1984
  3. M.Wichmann: Beiträge zur Biographie von F.W.Bessel. In: Zeitschrift für populäre Mitteilungen aus dem Gebiete der Astronomie Bd.1, (1860), S. 133–193
  4. Marianne Nordsiek: Johann Conrad Thilo, der Mindener Lehrer Friedrich Wilhelm Bessels. In: Mitteilungen des Mindener Geschichtsvereins, Jahrgang 56 (1984), S. 132–140
  5. Wilhelm Olbers: Abhandlung über die leichteste und bequemste Methode die Bahn eines Cometen aus einigen Beobachtungen zu berechnen. Industrie-Comptoir, Weimar 1797 Google http://books.google.de/books?id=ZJ05AAAAcAAJ&pg=PR1&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false
  6. Briefwechsel zwischen Gauss und Bessel. (= Carl Friedrich Gauss: Werke, Ergänzungsreihe Band 1) Leipzig 1880, Reprint: Olms, Hildesheim 1975, ISBN 978-3-487-05551-0 (Digitalisat).
  7. Klaus-Dieter Herbst: Die Entwicklung des Meridiankreises 1700–1850. GNT-Verlag, Bassum, Stuttgart 1996, S.170-177 ISBN 3-928186-21-3
  8. Dietmar Fürst: Die Geschichte des Heliometers der Sternwarte Königsberg. - Beiträge zur Astronomiegeschichte Band 6 (2003), S.90–136 ISBN 3-8171-1717-5
  9. J. C. Poggendorff: Biographisch-literarisches Handwörterbuch zur Geschichte der exacten Wissenschaften, Erster Band, Leipzig 1863, S.178 https://archive.org/details/biographischlite01pogguoft
  10. http://www.biodiversitylibrary.org/item/46628#page/273/mode/1up
  11. Diedrich Wattenberg: Nach Bessels Tod. Eine Sammlung von Dokumenten. (= Veröffentlichungen der Archenhold-Sternwarte Nr.7). Berlin–Treptow 1976, S. 12
  12. Diese Fehldiagnose findet sich seitdem verbreitet in den Bessel-Biographien.
  13. Neumann-Redlin v.Meding (1996), mit weiteren Literaturangaben
  14. Website der Gesellschaft der Freunde Kants e.V. http://www.freunde-kants.com/index.php/de/ber-uns/geschichte-der-gesellschaft
  15. Heinrich Christian Schumacher (Hrsg.): Populäre Vorlesungen über wissenschaftliche Gegenstände. Hamburg 1848 (Google Preview, Digitalisat)
  16. Brief an Olbers vom 13.November 1816
  17. F.W.Bessel: Untersuchung der Größe und des Einflusses des Vorrückens der Nachtgleichen. Berlin 1815 http://reader.digitale-sammlungen.de/resolve/display/bsb10049066.html
  18. Es war das erste naturwissenschaftliche Projekt der Akademie der Wissenschaften: http://www.bbaw.de/die-akademie/akademiegeschichte/mitglieder-historisch/alphabetische-sortierung?altmitglied_id=200&letter=B
  19. Jürgen Hamel: Bessels Projekt der Berliner Akademischen Sternkarten. In: Die Sterne, Bd.65 (1989), S. 11–19
  20. Derek Jones: Akademische Sternkarten, Berlin 1830–59. In: Highlights of Astronomy, Vol.12, 2002, p.367–370 http://adsabs.harvard.edu/full/2002HiA....12..367J
  21. Jürgen Hamel: Bessels Hypothese der spezifischen Gravitation und das Problem der Uranusbewegung. In: Die Sterne, Bd.60 (1984), S. 278-283
  22. H.Strassl: Die erste Bestimmung einer Fixsternentfernung. – In: Die Naturwissenschaften Bd.33 (1946), Heft 3, S. 65–71
  23. Lutz Brandt: Das Heliometer – ein fast unbekanntes Instrument. In: Die Sterne Bd.69 (1993), S. 94–110, S.101
  24. Dieter B. Herrmann: Kosmische Weiten. – Leipzig 1981, S. 32–41
  25. Brief an Olbers vom 8.Februar 1821
  26. Brief an A. v. Humboldt vom 2. Juni 1830
  27. Jürgen Hamel, Ernst Buschmann: Friedrich Wilhelm Bessels und Johann Jacob Baeyers Zusammenwirken bei der "Gradmessung in Ostpreußen" 1830‒1838. Mitteilung Nr.189 der Instituts für Angewandte Geodäsie, Frankfurt am Main 1996
  28. Wilhelm Jordan: Handbuch der Vermessungskunde, Dritter Band, S. 111
  29. Maaß– und Gewichtsordnung für die Preußischen Staaten. Vom 16ten Mai 1816 http://reader.digitale-sammlungen.de/de/fs1/object/display/bsb10509517_00147.html
  30. Gesetz über das Urmaß des Preußischen Staats im Verfolg des Gesetzes vom 16. Mai 1816.http://reader.digitale-sammlungen.de/de/fs1/object/display/bsb10509542_00113.html
  31. Darstellung der Untersuchungen und Maaßregeln, welche, in 1835 bis 1838, durch die Einheit des Preußischen Längenmaaßes veranlaßt worden sind. Beilage I. Einfluss der Schwere auf die Figur eines, auf zwei Punkten von gleicher Höhe aufliegenden Stabes. Berlin 1839. S.  132, 135
  32. http://www.w-volk.de/museum/monum13.htm
  33. http://www.artou.de/termine/dorisklitzschrichtzenhainretrospektive.html
  34. http://www.besselausstellung-minden.de/
  35. http://www.panoramio.com/photo/29330181