Wie schnell ist das Licht?

Vor 300 Jahren starb der dänische Astronom und Mathematiker Olaf Römer

Bis Anfang des 17. Jahrhunderts waren die meisten Naturforscher überzeugt, dass Licht sich unendlich schnell ausbreitet. Auch René Descartes und Johannes Kepler teilten diese Auffassung. Im Gegensatz zu Galileo Galilei, der um 1620 das erste wissenschaftliche Experiment zur Messung der Lichtgeschwindigkeit ersann: Mit je einer abdunkelbaren Laterne ausgerüstet, stellten er und ein Gehilfe sich im Abstand von einigen Kilometern auf zwei Hügel. Dann ließ Galilei seine Laterne kurz aufblitzen, und der Gehilfe sollte, sobald er das Lichtsignal wahrnahm, ebenfalls seine Laterne betätigen. An Hand der gemessenen Gesamtlaufzeit des Lichts hoffte Galilei, dessen Geschwindigkeit berechnen zu können, was angesichts der geringen Entfernungen natürlich misslang.

Es dauerte noch weitere 50 Jahre, bis der dänische Astronom Olaf Römer eine Möglichkeit fand, die Lichtgeschwindigkeit empirisch zu bestimmen. Mit einem Teleskop beobachtete er den 1610 von Galilei entdeckten Jupitermond Io, für dessen mittlere Umlaufzeit er einen Wert von 42,5 Stunden ermittelte. Dann jedoch stellte Römer überrascht fest, dass die periodischen Verfinsterungen des Mondes, die entstanden, weil dieser immer wieder hinter dem Planeten verschwand, mal länger und mal kürzer ausfielen. Und zwar abhängig davon, wie weit die Erde bei ihrer Bewegung um die Sonne vom Jupiter entfernt war.

Daraus folgerte Römer, dass die gemessenen Zeitdifferenzen nicht von einer Bewegungsanomalie des Jupitermondes herrühren konnten, sondern ein Beleg dafür waren, dass Licht sich mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet. Am 7. Dezember 1676 veröffentlichte er in der ersten wissenschaftlichen Fachzeitschrift Europas, dem »Journal des Sçavans«, einen Aufsatz über seine Beobachtungen. Darin stand, dass das Licht etwa 22 Minuten benötige, um den Erdbahndurchmesser zu durchqueren. Heute weiß man, dass dafür rund 16 Minuten und 38 Sekunden ausreichen.

Römer selbst hat die Geschwindigkeit des Lichts nie explizit angegeben. Das tat erst der niederländische Naturforscher Christiaan Huygens. Ausgehend von einem Erdbahndurchmesser von 280 Millionen Kilometern und der Laufzeitangabe Römers kam Huygens auf eine Lichtgeschwindigkeit von 213 000 Kilometern pro Sekunde, was eingedenk der damaligen technischen Möglichkeiten ein durchaus respektables Ergebnis war. Der derzeit genaueste Wert für die Lichtgeschwindigkeit beträgt 299 792,45 Kilometer pro Sekunde.

Olaf (Ole) Römer wurde am 25. September 1644 als Sohn eines Kaufmanns in Århus geboren. Er studierte ab 1662 Mathematik und Astronomie an der Universität Kopenhagen und war nebenher mit der Herausgabe der Manuskripte seines berühmten Landsmanns Tycho Brahe beschäftigt. Nach einem mehrjährigen Aufenthalt in Paris kehrte Römer 1681 als Professor für Mathematik und Leiter der Sternwarte an die Universität Kopenhagen zurück. Hier entwickelte er ein neues Instrument zur Messung von Sternpositionen, den sogenannten Meridiankreis, und konstruierte das erste Thermometer mit zwei Fixpunkten. Außerdem war er maßgeblich daran beteiligt, dass Dänemark am 1. März 1700 den gregorianischen Kalender einführte. 1705 wurde Römer zum Bürgermeister der Stadt Kopenhagen ernannt. Dieses Amt bekleidete er bis zu seinem Tod am 19. September 1710.

Während namentlich die Cartesianer Römers Erkenntnisse strikt ablehnten, ging ähnlich wie Huygens in seiner Wellentheorie des Lichts auch Isaac Newton in seiner Partikeltheorie desselben vom Postulat der endlichen Lichtgeschwindigkeit aus. Bestätigt wurden beide 1728 durch den britischen Astronomen James Bradley, der bei der Untersuchung der scheinbaren Ortsveränderungen von Sternen (Aberration) die Geschwindigkeit des Lichts bis auf ein Prozent genau bestimmte. Seitdem gehört die Lichtgeschwindigkeit zum festen Bestand der Physik und ist, wie Albert Einstein 1905 eindrucksvoll darlegte, als Naturkonstante von fundamentaler Bedeutung.

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