XXIV. Ueber Beobachtungsmittel zur Erkennung des Ganges der Uhren, insbesondere über das Passage-Prisma; von Prof. Steinheil. Aus dem Kunst- und Gewerbe-Blatt, Jan. 1846, S. 3. Mit Abbildungen. Steinheil, über ein Passage-Prisma zur Regulirung der Uhren. Für alle Uhrmacher, welchen daran gelegen, ihren Werken einen gleichförmigen und regelmäßigen Gang zu verschaffen, ist ein Mittel unentbehrlich, wodurch sie von Zeit zu Zeit die Abweichungen der Uhren bestimmen können. Gewöhnlich bedienen sie sich hiezu einer Uhr mit Compensationspendel, deren Gang als gleichförmig angenommen wird. Indessen weiß man durch die Erfahrungen der Astronomen, daß keine Uhr einen fehlerfreien Gang besitzt und daß man, um die strenge Gleichförmigkeit des Ganges kennen zu lernen, genöthigt ist die Wiederkehr der Gestirne zur selben Lage gegen eine bestimmte Gesichtslinie zu beobachten. — Dieß geschieht nun in der Regel an einem Fernrohr, welches senkrecht auf seine Absehlinie mit einer Drehungsachse verbunden ist. Die Zapfen dieser Achse werden in feste Lager horizontal von Ost nach West gelegt und nun die Angabe der zu prüfenden Uhr für den Augenblick notirt, in welchem ein Gestirn durch die Gesichtslinie des Fernrohrs geht. War dieses Gestirn die Sonne, so verstreicht bis zur nächsten Wiederkehr derselben zur Gesichtslinie des Fernrohrs ein wahrer Sonnentag, dessen Dauer nach mittlerer gleichförmiger Zeit verschieden ist in verschiedenen Jahreszeiten, wie durch die astronomischen Jahrbücher angegeben wird. War das Gestirn ein Fixstern, so verfließt bis zur Wiederkehr ein Sterntag, d. h. 24 Stunden mittlerer Zeit weniger 3′ 56″. Allein abgesehen davon, daß dieser Apparat—das Passageinstrument genannt — in der Anschaffung kostspielig ist und daß es gewöhnlich den Uhrmachern an einem geeigneten Locale fehlt, um das Instrument aufzustellen, da es im Freien ungeändert stehen bleiben soll, so ist auch seine Handhabung nicht ohne Schwierigkeit. Denn bei Nacht muß das Gesichtsfeld erleuchtet werden, um den Passagefaden im Fernrohr zu erkennen, und es sind eigene Apparate und Methoden erforderlich, um die Achse des Instruments horizontal und die Abschußlinie senkrecht darauf zu machen; und unterläßt man diese Untersuchungen, so wie die der Unveränderlichkeit der Aufstellung von Ost nach West, so sind die Angaben nicht mehr genau. Das Passageinstrument ist also wohl vortrefflich geeignet für den Astronomen, der seine Behandlung gründlich kennen lernt und zur Aufstellung eine Sternwarte hat, aber zu complicirt für den Uhrmacher, dem solche Hülfsmittel fehlen. Nun kennt man wohl noch viele andere einfachere Methoden, den Gang der Uhren mit dem Gang der Gestirne zu vergleichen; aber jede bietet wieder eigene Beschränkungen. So ist eine genaue Sonnenuhr wohl sehr einfach, aber nicht genau genug, um auch noch kleinere Zeittheile als eine Zeitsecunde mit Sicherheit zu erkennen. So hat Olbers, der berühmte Astronom von Bremen, ein sehr sinnreiches Mittel angegeben. Ich werde dieses jetzt näher beschreiben. Man sucht, wo möglich gegen Süden (oder Nord), ein entferntes hohes Gebäude, was sich gegen den Himmel projicirt. An der verticalen Ostseite desselben verschwinden nun plötzlich die Sterne des Nachts, sobald sie hinter das Gebäude rücken. Ebenso erscheinen sie plötzlich wieder an der Westkante, nachdem sie hinter dem Gebäude fortgerückt sind. Hat nun Tags darauf der Beobachter wieder denselben Standpunkt, so verschwinden und erscheinen dieselben Fixsterne wieder genau zur selben Sternzeit oder 3′ 56″ nach mittlerer Zeit früher, was verglichen mit der dazwischen verflossenen Uhrzeit deren Gang kennen lehrt. Um nun dem Auge des Beobachters immer wieder dieselbe Lage zu geben, wie wir es vorausgesetzt haben, kann man auf die Fensterscheibe ein geschwärztes Papier mit einer kleinen runden Oeffnung in der Mitte aufkleben und das Verschwinden der Sterne durch diese Oeffnung beobachten. Oder man kann, wie Olbers es angibt, sich eines Fernrohrs bedienen, um kleinere Sterne zu erkennen und den Moment des Verschwindens genauer zu sehen. Dabei hat man das Fernrohr nur jedesmal an denselben Stützpunkt anzulegen, etwa an den Fensterstock, und da man mehrere Sterne hintereinander im Moment ihres Verschwindens oder ihres Wiedererscheinens beobachten kann, so wird das Mittel aus den beobachteten Momenten sehr genau. Diese Methode ließe nichts zu wünschen übrig, wenn man überall geeignete entfernte Objecte hätte. Allein sehr oft finden sie sich nicht und daher ist auch die Anwendung der Methode beschränkt. In neuester Zeit hat auch der Hofuhrmacher Dent in London ein sehr sinnreiches Instrumentchen erfunden, um den Durchgang der Sterne zu beobachten und daraus den Gang der Uhren zu prüfen. Er nennt es Dipleidoskop (beschrieben im polyt. Journal Bd. XCIV S. 132). Das Dipleidoskop bewirkt, daß man zwei Bilder der Sonne oder des zu beobachtenden Gestirns gleichzeitig sieht. Eines dieser Bilder ist einmal, das andere zweimal reflectirt. Dadurch haben sie entgegengesetzte Bewegung, so daß sie durcheinander hindurchgehen. In diesem Moment wird die Angabe der Uhr notirt. Dieses Instrument besteht aus zwei Planspiegeln und einem Planglase. Die Planspiegel sind mit den Spiegelseiten gegen einander gekehrt und bilden einen Winkel von 60 Graden. Sieht man parallel mit der Ebene des ersten Spiegels in den zweiten, so erkennt man darin die Bilder der Gegenstände, die sich in der Verlängerung der zweiten Spiegelebene befinden. Diese Bilder sind die doppelt reflectirten. Vor diese Spiegel ist nun ein Planglas so gelegt, daß es mit den zwei Spiegeln ein gleichwinkeliges Prisma bildet. Auf diesem Planglas entstehen jetzt die einmal reflectirten Bilder derselben Gegenstände. Bleibt nun der Apparat fest stehen und es bewegen sich die Objecte, also die Sterne, senkrecht gegen die zweite Spiegelebene, so sieht man, wie schon erwähnt, ihre Bilder sich begegnen und durch einander gehen. Soll aber das Dipleidoskop als Passageinstrument dienen, also das Zusammentreffen der Bilder im Meridian zeigen, so muß die Ebene des zweiten Spiegels, in welchen man sieht, in den Meridian gelegt werden. Um ihn erst senkrecht zu stellen, kann man sich eines Bleiloths bedienen. Dieß wird in der Verlängerung der zweiten Spiegelfläche aufgehängt. Nun sieht man, wie schon oben beschrieben, zwei Bilder dieses Fadens, aber sie sind erst dann parallel, wenn der zweite Spiegel senkrecht steht. Seine Stellung wird also corrigirt, bis dieß erreicht ist. Kennt man jetzt die Zeit, in welcher die Sonne in den Meridian kömmt, so dreht man das Instrument in der Ebene des Horizonts so lange, bis sich die beiden Bilder der Sonne in diesem Augenblick der Culmination decken. Bis jetzt haben wir noch nicht angegeben, welche Neigung die Kante haben soll, welche die beiden Spiegel mit einander bilden. Davon hängt eigentlich nur ab, welchen Theil des Meridians man übersehen will. Wollte man z. B. die Sterne im Scheitelpunkt bequem sehen, so müßte die Spiegelkante horizontal stehen. Bei dieser Stellung übersieht man aber auch noch nördlichere und südlichere Sterne, je nachdem man mit dem Auge (immer parallel mit dem ersten Spiegel) tiefer oder höher geht. Darum hat Dent an dem Dipleidoskop eine Vorrichtung angebracht, durch welche man das ganze Prisma in der zweiten Spiegelebene drehen kann, und damit die Spiegelkante beliebig neigt, also jeden Theil des Meridians bequem sichtbar macht. Aus dieser Beschreibung des Dipleidoskops ergibt sich nun, daß das Princip, worauf es beruht Bilder, welche sich conträr bewegen, in ihrem Durchgang durcheinander als Passageinstrument zu benutzen, eine neue und sinnreiche Anwendung sey, und um so mehr erwarten lasse, als dabei die Dimensionen des Instruments klein seyn können, das Ganze daher sehr transportabel bleibt. Dennoch scheint das Instrumentchen nicht allen Bedingungen zu entsprechen, die man an eine auf so einfachem Princip beruhende Vorrichtung stellen kann, und auch in der Anwendung nicht so bequem zu seyn, daß jeder auch des Beobachtens Unkundige es zur Regulirung des Ganges seiner Uhr benützen könnte. Was mir an dem Dipleidoskop noch mangelhaft scheint, ist Folgendes: Dent bringt die conträre Bewegung der Bilder dadurch hervor, daß er das eine zweimal, das andere einmal reflectirt. Das ist aber offenbar auch einfacher zu erlangen; denn man bekömmt ganz dasselbe, wenn man nur ein Bild einmal reflectirt, das andere dagegen direct betrachtet, also gar nicht reflectirt. In Folge dieser unnöthigen Complication in der Auffassung des Grundgedankens ist auch der Apparat complicirter als nöthig. Dent benützt zwei Planspiegel und ein Parallelglas. Sind diese Gläser nicht vollkommen parallel geschliffen, die Kante der Spiegel nicht genau parallel zum Planglas, so entstehen Fehler, die den Apparat unbrauchbar machen würden. Ueberdieß bedarf das Dipleidoskop einer Drehung, die genau in der Einen Spiegelebene vor sich gehen muß, sollen nicht dadurch wieder Fehlerquellen sich ergeben. Ein weiterer Uebelstand ist, daß das einmal reflectirte Bild auf dem Planglase immer weit schwächer erscheint, als das von den belegten Spiegeln doppelt reflectirte. Dadurch können Sterne, die nicht sehr hell sind, schwer daran beobachtet werden. Was endlich den Gebrauch des Instruments betrifft, so ist es offenbar ein Mangel, daß man nicht direct nach dem zu beobachtenden Gegenstand sieht, sondern mit dem Auge erst die Ebene aufsuchen muß, in der die Bilder zusammentreffen, dann den Kopf in dieser Ebene zu bewegen hat, bis die Bilder erscheinen. Dieß macht natürlich das Auffinden schwierig und ist für Nichtgeübte, wenigstens anfangs, gewiß ein großes Hinderniß. Ich werde nun zeigen, daß man auf das Princip conträrer Bewegung der Bilder ein Instrumentchen gründen kann, was frei ist von allen oben erwähnten Mängeln des Dipleidoskops. Dieses Instrument was ich Passage-Prisma nenne, besteht, wie schon der Name sagt, in einem (kleinen) Glasprisma, das mit einer Schraube versehen ist, um an dem Fensterrahmen festgeschraubt zu werden. Man sieht durch eine kleine runde Oeffnung in einer Blechscheibe vor dem Prisma direct nach dem Gestirn, was beobachtet werden soll. Um aber den Apparat deutlich zu machen, muß er näher beschrieben werden. Textabbildung Bd. 099, S. 108 Für diejenigen meiner geneigten Leser, welche sich nicht mit Optik schon beschäftigt haben, setze ich die nebenstehende Figur bei, um ihnen zu zeigen, wie der Lichtstrahl bei dem Passage-Prisma durch letzteres gebrochen und reflectirt in das Auge des Beobachters gelangt. Die Figur stellt einen auf die Achse des Glasprisma senkrechten Durchschnitt vor. Das Prisma soll zwei gleiche Winkel haben, der dritte Winkel mag etwa zu 90° angenommen werden. Wir nennen nun die Hypothenusfläche des Prisma's die Reflexionsfläche, die Kathetenflächen die Brechungsflächen. Denn denken wir uns, daß ein Lichtstrahl parallel mit der Reflexionsfläche von a herkomme, in b das Prisma treffe, so wird er hier von einer Richtung gegen c abgelenkt. In c trifft er die Reflexionsfläche inwendig im Glase und wird, weil diese Fläche polirt ist, größtentheils reflectirt und zwar unter demselben Winkel mit der Reflexionsfläche gegen d. Hier aber tritt er wieder aus dem Glas heraus in die Luft und erleidet daher abermals eine Ablenkung von seiner Richtung. Diese ist aber der beim Eintritt aus Luft in Glas conträr. Er wird daher jetzt gegen e hin gebrochen, so daß (d e) parallel wird zu (a b) oder daß der Strahl in derselben Richtung aus dem Prisma heraustritt, in welcher er gegen das Prisma kam — eine Richtung, die wir als parallel mit der Reflexionsfläche des Prisma vorausgesetzt haben. Kommt nun dieser Strahl von einem sehr entfernten Gegenstand, etwa einem Stern, so treffen auch andere mit ihm parallele Strahlen, z. B. a′ d′ über das Prisma hinweg. Wir denken uns jetzt das Auge des Beobachters, so wie es die Figur zeigt, gegen das Prisma gerichtet, so ist klar, daß es sowohl den Lichtstrahl a e empfängt, der durch das Prisma ging, als denjenigen a′ d′, der direct vom Gegenstand über das Prisma hinweg geht. Das Auge sieht daher den Stern oder Punkt, der in der Verlängerung der Reflexionsebene liegt, direct und durch das Prisma zugleich, aber doch nur als ein Bild, weil beide Arten von Lichtstrahlen unter sich wieder parallel in das Auge gelangen. Textabbildung Bd. 099, S. 108 Denken wir uns aber nun, daß der Stern nicht in der verlängerten Reflexionsebene liege, sondern über ihr. Es komme der direct gesehene Strahl in der Richtung a′ d′, der damit parallele treffe das Prisma in b, sey gebrochen nach c, da reflectirt nach d, beim Austritt abermals gebrochen von d nach e. Steht jetzt das Auge wieder wie vorhin gegen das Prisma, so sieht es zwei Bilder des Sternes, eines direct in der Richtung e a, das andere durch das Prisma in der Richtung d′e′ oder unter der Reflexionsebene. Je weiter folglich der direct gesehene Stern über der Reflexionsebene steht, desto tiefer unter derselben zeigt ihn das Prisma. Bleibt daher das Prisma stehen und es bewegt sich der Stern von oben nach unten gegen die Reflexionsebene, so sieht das Auge zwei Bilder des Sternes, die gegen einander rücken und sich dann begegnen oder zusammentreffen, wenn der Stern durch die Verlängerung der Reflexionsebene geht. Textabbildung Bd. 099, S. 109 Sollen die beiden gleichzeitig gesehenen Bilder des Sterns auch gleich in Helligkeit seyn, so muß das Auge eben soviel Licht direct empfangen, als durch das Prisma, d. h. die Reflexionsebene des Prisma muß nahezu die Pupille des Auges Halbiren. Um diese Lage des Auges leicht finden zu können, hat man daher nur vor das Prisma eine Blendung mit Einsicht anzubringen, wo also die Reflexionsebene die Einsichtsöffnung halbirt. An dieser Blendung kann auch gleich ein Sonnenglas angebracht seyn, was die Beobachtung der Sonne möglich macht. Damit man endlich dem Prisma eine feste unveränderliche Lage gegen den Himmel geben könne, wollen wir es auf eine Messingplatte mit zwei Schrauben festschrauben, und der Messingplatte eine Holzschraube geben, die zur Befestigung des Ganzen dient. Das ist das Passageprisma. Die Figur zeigt in a′ das Glasprisma, was mit zwei Schrauben a durch die Lamelle b auf das Messingstück c gehalten ist. An dem Stück (c) befindet sich die Holzschraube d und es ist zugleich die Blendung e in g angeschraubt. Die Blendung e endlich trägt das Sonnenglas f. Wir haben jetzt nur noch zu zeigen, wie dieser kleine Apparat aufgestellt werden soll, um die zur Regulirung der Uhren geeigneten Beobachtungen damit anzustellen. Da die conträr gehenden Bilder sich immer in der Verlängerung der Reflexionsebene begegnen, so ist klar, daß man dieser Ebene eine solche Lage geben müsse, daß sie ins Unendliche verlängert, die Himmelskugel in demjenigen größten Kreise schneiden würde, in welchem man beobachten will. Zur Regulirung der Uhren ist der geeignetste größte Kreis der Meridian. Man muß also die Reflexionsebene des Prisma's parallel machen zur Ebene des Meridians und dieß kann hier eben so bewirkt werden, wie wir es schon für das Dipleidoskop angegeben haben. Verlangt man jedoch keine Kenntniß der wirklichen Zeit, sondern nur den Gang der Uhren zu wissen, so ist es ganz ausreichend, das Instrumentchen nur ungefähr so aufzustellen, daß man über die Reflexionsebene hin nach Süden sieht, daß diese Ebene ungefähr (nach dem Augenmaaße) senkrecht steht, die Kante des Prisma aber etwa 45° gegen die Senkrechte geneigt sey. Da die Sterne von Osten her kommen, wird man wohl daran thun, den Prismenkörper in die westliche Halbkugel des Himmels zu legen. Aber auch in jeder andern Lage würden die Sterne eine brauchbare, nur nicht eben so sichere Bestimmung geben. Daß man in andern Lagen als im Meridian sich übrigens auf die Beobachtung von Fixsternen beschränken und nicht etwa auch Planeten ohne Rücksicht auf ihre eigene Bewegung wählen dürfe, versteht sich von selbst. Das Passageprisma braucht nicht wie das Dipleidoskop in der Reflexionsebene gedreht zu werden; denn man sieht nicht nur senkrecht auf die Prismenkante, welche dem Auge zugekehrt ist, hindurch, sondern auch unter Neigungen nach beiden Seiten bis zu 70 Graden. Stellt man also die Prismenkante so, daß man senkrecht darauf nach dem Aequator sieht (die Verlängerung der Kante geht also nach den Weltpolen), so lassen sich Sterne bis zum Horizont herab und bis über den Scheitelpunkt hinauf ohne Verstellung des Instruments beobachten. Vorzüglich hiedurch ist der Apparat so sehr einfach in seiner Construction geworden. Die Bequemlichkeit seiner Handhabung, verbunden mit der Genauigkeit, die er zuläßt (man kann circa auf ¾ Secunden den Moment des Zusammentreffens der Sonnenbilder erkennen), gibt mir die Hoffnung, daß dieser kleine Apparat vielseitig Anwendung finden werde. Er dürfte sogar geeignet seyn zu astronomischen Bestimmungen. Man kann durch ihn die absolute Zeit bis auf Theile einer Zeitsecunde genau bestimmen, durch Beobachtung der Mondsterne die geographische Länge auf circa ½ Stunde Weges finden und durch Beobachtungen im ersten Vertical nach Bessel's Methode die geographische Breite auf ¼ Wegstunde erkennen, so daß das Passageprisma, was keinen Kubikzoll Raum einnimmt, und eine Taschenuhr den Reisenden in den Stand setzen, ganz nützliche Ortsbestimmungen zu machen. Doch gehören zu solchen Anwendungen des Instruments Untersuchungen über die Fehlerquellen und ihre Bestimmung oder Elimination, auch einige Abänderungen des Apparates, was ich ausführlich in Schumacher's astronomischen Nachrichten und in den Münchener gelehrten Anzeigen demnächst geben werde. Hier mag es genügen gezeigt zu haben, daß sich das Passageprisma in vielen Fällen besser als die oben angeführten Instrumente und Methoden zur Regulirung des Ganges der Uhren eigne, insofern als es an jedem Fenster, was die Aussicht nach einem Theil des Himmels gestattet, aufgestellt werden kann, auch leicht für Ungeübte damit zu beobachten ist und nur geringe Anschaffungskosten verursacht.