Tobias Mayer
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Tobias Mayer (* 17. Februar 1723 in Marbach am Neckar; † 20. Februar 1762 in Göttingen) war ein deutscher Kartograf, Geograph, Mathematiker, Physiker und Astronom. Obwohl er als Autodidakt niemals studiert hatte, war er ein anerkannter Wissenschaftler seiner Zeit.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Leben und Werk
Mayer wuchs in ärmlichen Verhältnissen in Esslingen am Neckar auf. Von 1729 bis 1741 besuchte er die dortige deutsche Schule und Lateinschule. 1741 starben seine Eltern. Als er 1746 eine Anstellung bei J. B. Homanns kartographischer Anstalt in Nürnberg antrat, hatte er bereits zwei Originalarbeiten in Geometrie publiziert. Mayer deckte die Ungenauigkeiten der damals verwendeten Karten auf, indem er zwei verbreitete Karten übereinander zeichnete und große Unterschiede, vor allem in Ost-West Richtung, vorfand. Die Ermittlung des Längengrades einer Stadt war nur mit großer Unsicherheit möglich.
Wegen seiner Verbesserungen auf dem Gebiet der Kartografie und auf Grund seiner Reputation als Wissenschaftler wurde er 1751 auf den Lehrstuhl für Ökonomie und Mathematik der Universität Göttingen berufen. 1754 wurde er Leiter des neu eingerichteten Observatoriums in einem Turm der Stadtmauer. Mit großem Enthuasismus und Erfolg arbeitete er dort bis zu seinem Tod an Typhus im Jahre 1762.
Seine erste wichtige astronomische Arbeit war eine sorgfältige Erforschung der Libration des Mondes (Kosmographische Nachrichten, Nürnberg 1750). Seine 1775 posthum von Lichtenberg veröffentlichte Mondkarte war ein halbes Jahrhundert lang unübertroffen. Hauptsächlich beruht sein Ruhm aber auf seinen Mondtabellen, die erstmals 1752 veröffentlicht wurden. 1755 reichte er bei der englischen Regierung eine erweiterte Version dieser Tabellen ein. Sie waren so genau, dass die Mondposition bis auf 5 Bogensekunden und damit die geographische Länge auf See bis auf 0,5° genau bestimmt werden konnten.
Damit war eine Lösung des so genannten Längenproblems gefunden, das bis zu dieser Zeit eine sichere Navigation auf hoher See verhindert hatte. Eine andere Lösung für dasselbe Problem entwickelte etwa um die gleiche Zeit der englische Uhrmacher John Harrison: Seine Methode beruht auf Zeitmessung mittels Uhren, die auch unter den rauen Bedingungen an Bord eines Segelschiffes auf hoher See besonders genau gehen.
Mayers wissenschaftliche Theorie, auf der diese Tabellen beruhten, wurde erst posthum unter dem Titel Theoria lunae juxta systerna Newtonanum 1767 in London publiziert. Ebenfalls posthum erschien 1770 in London seine verbesserte Version dieser Tabellen. Mayers Witwe brachte diese Tabellen persönlich nach England. In Anerkennung von Mayers Verdiensten um die Lösung des Längenproblems erhielt sie von der britischen Regierung eine Prämie von 3.000 Pfund. Bereits 1714 hatte das britische Parlament einen Preis in Höhe von 20.000 Pfund für das Längenproblem ausgelobt und ein Komitee, das Board of Longitude, dafür eingesetzt.
Mayers Mondkarten wurden später unter anderem von Johann Hieronymus Schröter aufgegriffen. Nach Mayer ist ein Mondkrater benannt.
[Bearbeiten] Mayers Repetitionskreis
Mitte des 18. Jahrhunderts traten geringe Abweichungen zwischen den Vorhersagen der Newtonschen Gravitationstheorie und den tatsächlich beobachteten Planetenorten auf. Diese Unterschiede betrugen zum Beispiel beim Mond bis zu 5 Bogenminuten, woraus bei der Bestimmung der Längengrade auf der Erde eine Unsicherheit von 2,5 Grad resultieren konnte. Je nach Breitengrad bedeutete dies ein Abweichung beziehungsweise Navigationsungenauigkeit um bis zu 150 nautischen Meilen. Aus der Notwendigkeit präziserer Beobachtungen für die Erstellung einer besseren Bewegungstheorie des Mondes konstruierte Tobias Mayer ein neues astronomisches Messinstrument, den Wiederholungs- oder Repetitionskreis. Das Gerät wurde zunächst zur Landvermessung genutzt und bestand aus zwei gegeneinander drehbaren und getrennt voneinander feststellbaren Visiereinrichtungen mit Fernrohr.
Zur Messung peilt man den Winkel zwischen zwei Punkten an, wovon einer ein Referenzpunkt ist. Dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt. Nach zum Beispiel drei Peilungsvorgängen zeigt die Kreisschreibe das Dreifache des gesuchten Winkels an. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass der unausweichlich auftretende Messfehler kleiner ist als der Fehler beim einmaligen Einstellen und Ablesen. Mayers Wiederholungskreis-Instrument selbst bringt keine grundsätzliche Neuerung. Das Wiederholungsprinzip hingegen brachte Fortschritte in der praktischen Fehlerminimierung. Wiederholte Winkelmessungen reduzierten Fehler in der Landvermessung und brachten somit eine Verbesserung der Genauigkeit. Dieses Prinzip übertrug Mayer nun auf einen astronomischen Spiegelkreis. Man bestimmt die gesuchte Winkeldifferenz zwischen Mond und Stern durch wiederholte Messungen und anschließendes Dividieren durch die Anzahl der Anpeilungen. Mit dieser Methode gelang es Mayer, ab 1755 seine Mondtafeln mit einer Genauigkeit von circa einer Bogenminute aufzustellen.
Erste Modelle des neuen Geräts wurden ab 1750 in Göttingen und ab etwa 1757 von John Bird in London angefertigt. Recht bald erkannte Mayer, dass die Verfeinerung, die er mithilfe eines solchen Instrumentes für seine Mondtheorie erreichen konnte, sich ebenfalls für eine zuverlässige Methode zur Längenbestimmung auf See eignete. Doch erst drei Jahre nach Mayers Tod ergaben Messungen des englischen „Board of Longitude“, dass die Genauigkeit der Ortsbestimmung zu See mit Mayers Methode auf etwa 60 Seemeilen verbessert werden konnte. Ab 1785 wurden diese Geräte als Borda-Kreise bekannt und erfuhren weite Verbreitung.
[Bearbeiten] Mayers Lösung des Längenproblems
Die Abbildung rechts illustriert das Lösungsprinzip, das zuerst von Johann Werner in seinem Werk „In hoc opere haec continentur Nova translatio primi libri geographiae Cl' Ptolomaei...“(Nürnberg 1514) erwähnt wurde. Mayer hat allerdings auf der Grundlage der Newtonschen Theorie und genauerer astronomischer Beobachtungen die zur Berechnung notwendigen Tabellen der Mondpositionen entscheidend verbessert:
Der Fixsternhimmel hat an einem gegebenen Datum und zu einer gegebenen wahren Ortszeit stets die gleiche Rotationsposition, unabhängig von der geographischen Länge. Der Mond jedoch wandert, in Folge seiner Kreisbahn um die Erde, stetig nach Osten. In der gezeigten Situation beträgt die wahre Ortszeit oben und unten beide Male 22:00 Uhr. Es liegen aber, auf Grund der unterschiedlichen geographischen Länge, 6 Stunden Zeit zwischen beiden Bildern. In dieser Zeit ist der Mond rund 3 Grad nach Osten gewandert.
Die Position des Mondes zu einer gegebenen Ortszeit relativ zu den Sternen und die geographische Länge sind also wechselseitig voneinander abhängig: Die erste Größe kann aus der zweiten ermittelt werden und umgekehrt. Mayers Tabellen sorgten dafür, dass dies mit einer für die seemännische Navigation zufrieden stellenden Genauigkeit geschehen konnte.
[Bearbeiten] Biografie
- 1741 Erstes Buch über Geometrie und Mathematik sowie eines Stadtplans von Esslingen
- 1745 Weiteres Buch: „Mathematischer Atlas“ und ein Buch über Kriegsbaukunst
- 1751 Heirat mit Maria Victoria, geb. Gnüg (1723-1780)
- 1751 Professor für Physik, Geographie und Astronomie an der Universität Göttingen
- 1751 Sohn Johann Tobias geboren, der später auch Physiker wird. Der Vater wird in manchen Texten irrtümlich ebenfalls als Johann Tobias Mayer bezeichnet. Nach dem Taufbuch und originalen Publikationen lautet dessen Vorname aber lediglich Tobias.
- 1752 - 1756 Veröffentlichungen über Längenbestimmung, Astronomie, Geophysik, Mathematik und Messinstrumente; Arbeit für das Board of Longitude
- 1757 - 1762 Trotz des Siebenjährigen Krieges weitere Veröffentlichungen zu Astronomie, aber auch zum Erdmagnetfeld und zur Farbentheorie
[Bearbeiten] Museum
Das Geburtshaus von Tobias Mayer beherbergt seit 1996 das Tobias-Mayer-Museum. Es liegt unweit des Geburtshauses von Friedrich Schiller in der Torgasse 13 in Marbach am Neckar. Das Museum wurde und wird vom Tobias Mayer Museum Verein eingerichtet und unterhalten.
[Bearbeiten] Literatur
- Forbes, Eric G.: Tobias Mayer (1723-62). Pioneer of enlighted science in Germany (Arbeiten aus der Niedersächsischen Staats- und Universitätsbibliothek Göttingen 17), Göttingen 1980.
- Aufgebauer, Peter: Die Anfänge der Sternkunde in Göttingen. - In: Göttinger Jahrbuch 50 (2002), S. 75-92.
- Roth, Erwin u.a.: Tobias Mayer. Pionier der Positionsbestimmung. Wegbereiter der modernen Navigationssysteme. Marbach 1995.
[Bearbeiten] Weblinks
- Tobias Mayer. In: Allgemeine Deutsche Biographie (ADB). Bd. 21, S. 109.
- Literatur von und über Tobias Mayer im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
- Website von Siegfried Erb zu Tobias und Johann Tobias Mayer
- Tobias-Mayer-Museum
- Beitrag bei "Astronomie in Nürnberg"
| Personendaten | |
|---|---|
| NAME | Mayer, Johann Tobias |
| KURZBESCHREIBUNG | Deutscher Kartograf, Geograph, Mathematiker, Physiker und Astronom |
| GEBURTSDATUM | 17. Februar 1723 |
| GEBURTSORT | Marbach am Neckar |
| STERBEDATUM | 20. Februar 1762 |
| STERBEORT | Göttingen |
