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21. Januar 2000   20/00

Historische Präzisionsmessungen des Erdmagnetfeldes erfolgreich wiederholt

Oldenburg. In der Arbeitsgruppe Hochschuldidaktik und Wissenschaftsgeschichte am Fachbereich Physik Universität Oldenburg wird gegenwärtig eine Diplomarbeit abgeschlossen, die den Nachvollzug eines Experimentes zum Gegenstand hat, mit dem die Göttinger Wissenschaftler Carl Friedrich Gauß (1777-1855) und Wilhelm Weber (1804-1891) im 19. Jahrhundert die Grundlagen für die weltweite genaue Vermessung des Magnetfeldes der Erde geschaffen haben.

Mit dieser Diplomarbeit liefert der angehende Diplom-Physiker Moses Kärn einen weiteren Beitrag zu den historischen Forschungen der Oldenburger Physiker um Dr. Falk Rieß, die sich seit längerem mit dem Nachbau und dem Nachvollzug von Experimenten aus der Geschichte der Physik beschäftigen. Die Arbeitsgruppe für Hochschuldidaktik und Wissenschaftsgeschichte erforscht damit die komplexen Bedingungen physikalischer Experimentierpraxis und analysiert sie hinsichtlich ihrer materiellen, technischen, theoretischen und sozialen Aspekte. Besonderes Augenmerk wird auf die normalerweise nicht schriftlich überlieferten spezialisierten und für den Erfolg mitentscheidenden Fähigkeiten der Experimentatoren und ihrer meist unbekannten Helfer und Helferinnen gerichtet.

Das Prinzip der Messungen von Gauß und Weber besteht aus zwei wesentlichen Schritten. Für einen Magnetstab muss zunächst die Schwingungsdauer im Erdmagnetfeld bestimmt werden. Sodann wird dieser Magnet in die Nähe eines an einem Bündel Seidenfäden aufgehängten, horizontal schwingenden Magnetstabes gebracht und die Ablenkungswirkung aus verschiedenen Entfernungen ermittelt. Die Ablesung des Ablenkungswinkels geschieht mit Hilfe eines Fernrohrs, durch welches das Spiegelbild einer Skala beobachtet wird, die senkrecht zur Beobachtungsrichtung am Fernrohr befestigt ist. Der Spiegel ist am aufgehängten Magneten befestigt. Die genaue Befolgung dieser ausgeklügelten Methode erlaubt die Angabe der Stärke des Erdmagnetfeldes in mechanischen Einheiten, ausgedrückt in den Größen Länge, Masse und Zeit.

Für seine Diplomarbeit hat Moses Kärn die historische Apparatur von Gauß und Weber rekonstruiert, wie sie ab ca. 1835 von dem Göttinger Instrumentenmacher Moritz Meyerstein produziert worden war. Als Vorlagen dienten Darstellungen in Original-Publikationen und die Untersuchungen eines noch vorhandenen Originalgerätes an der Universität Mailand sowie weiterer kleiner Originalteile im Deutschen Museum München. Realisiert wurde der Nachbau von den Zentralen Werkstätten der Universität Oldenburg. Ein Beobachtungs-Fernrohr aus der Zeit von Gauß und Weber konnte vom Institut für Geophysik in Göttingen ausgeliehen werden.

Die Aufstellung der Apparatur gestaltete sich schwierig, da ein Platz gefunden werden musste, an dem das Erdmagnetfeld möglichst wenig durch Metallteile gestört ist und der die notwendige Größe hat, um den über drei Meter hohen und elf Meter langen Messaufbau aufzunehmen. Schließlich fand sich ein Platz in einer alten Scheune auf dem Universitätsgelände in Wechloy, die ansonsten vom Fachbereich Biologie genutzt wird.

Die Größe der Apparatur macht umfangreiche Justierungen der einzelnen Teile erforderlich, die in der zeitgenössischen Literatur nicht vollständig beschrieben sind und somit von Kärn rekonstruiert werden mussten. Die Messungen mit dem Ablesefernrohr erfordern darüber hinaus erhebliche Übung und hohe Konzentration. Der 61 cm lange Magnetstab bewegt sich sehr langsam mit einer Schwingungsdauer von ca. 40 Sekunden, und wenn man eine hohe Ablese-Genauigkeit erreichen will, muss man viel Geduld und ein sicheres Auge mitbringen.

Die Empfindlichkeit der Messapparatur ist durch die Ablesung mit einem Fernrohr außerordentlich hoch: Mit ihr lassen sich Winkeländerungen des Magnetstabs in der Größenordnung von einem Tausendstel Grad bestimmen. Eine wichtige Erkenntnis der Diplomarbeit ist, dass die erreichbare Genauigkeit der gesamten Messungen nicht nur von dieser technischen Innovation, sondern ganz entscheidend von den Fähigkeiten und der Erfahrung des Beobachters abhängt.

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