Was hat Galilei erfunden?

Galileo gilt als einer der größten Astronomen aller Zeiten. Seine Entdeckung der großen Jupitermonde (Io, Europa, Ganymed und Callisto) revolutionierte die Astronomie und trug dazu bei, dass sich das kopernikanische Modell des Universums schneller durchsetzte. Galilei ist jedoch auch für die zahlreichen wissenschaftlichen Erfindungen bekannt, die er zu seinen Lebzeiten gemacht hat.

Dazu gehören sein berühmtes Teleskop, aber auch eine Reihe von Geräten, die einen tiefgreifenden Einfluss auf die Vermessung, den Einsatz von Artillerie, die Entwicklung von Uhren und die Meteorologie haben sollten. Galilei schuf viele dieser Geräte, um zusätzliches Geld für den Unterhalt seiner Familie zu verdienen. Doch letztlich sollten sie seinen Ruf als der Mann festigen, der jahrhundertealte Vorstellungen in Frage stellte und die Wissenschaften revolutionierte.

Hydrostatische Waage:

Angeregt durch die Geschichte von Archimedes und seinem „Heureka“-Moment begann Galilei zu untersuchen, wie Juweliere Edelmetalle in Luft und dann durch Verdrängung wogen, um ihr spezifisches Gewicht zu bestimmen. Im Jahr 1586, im Alter von 22 Jahren, entwickelte er eine bessere Methode, die er in einer Abhandlung mit dem Titel La Bilancetta (oder „Die kleine Waage“) beschrieb.

In diesem Traktat beschrieb er eine genaue Waage zum Wiegen von Dingen in Luft und Wasser, bei der der Teil des Arms, an dem das Gegengewicht hing, mit Metalldraht umwickelt war. Der Betrag, um den das Gegengewicht beim Wägen im Wasser bewegt werden musste, konnte dann durch Zählen der Windungen des Drahtes sehr genau bestimmt werden. Auf diese Weise konnte das Verhältnis von Metallen wie Gold zu Silber im Objekt direkt abgelesen werden.

Galileo’s Pump:

Im Jahr 1592 wurde Galileo zum Professor für Mathematik an der Universität von Padua ernannt und reiste häufig zum Arsenal – dem inneren Hafen, in dem die venezianischen Schiffe ausgerüstet wurden. Das Arsenal war seit Jahrhunderten ein Ort praktischer Erfindungen und Innovationen, und Galilei nutzte die Gelegenheit, um mechanische Vorrichtungen im Detail zu studieren.

Im Jahr 1593 wurde er zur Platzierung der Ruder in Galeeren befragt und legte einen Bericht vor, in dem er das Ruder als Hebel behandelte und das Wasser korrekt zum Drehpunkt machte. Ein Jahr später erteilte ihm der venezianische Senat ein Patent für eine Vorrichtung zum Heben von Wasser, die von einem einzigen Pferd angetrieben wurde. Dies wurde zur Grundlage der modernen Pumpen.

Für einige war Galileis Pumpe lediglich eine Verbesserung der Archimedischen Schraube, die im dritten Jahrhundert v. Chr. entwickelt und 1567 in der Republik Venedig patentiert wurde. Es gibt jedoch offensichtliche Beweise, die Galileis Erfindung mit Archimedes‘ früherer und weniger ausgefeilter Konstruktion in Verbindung bringen.

Pendeluhr:

Im 16. Jahrhundert war die aristotelische Physik immer noch die vorherrschende Methode, um das Verhalten von Körpern in Erdnähe zu erklären. So glaubte man zum Beispiel, dass schwere Körper ihren natürlichen Ort oder ihre Ruhe suchen – also im Zentrum der Dinge. Folglich gab es keine Möglichkeit, das Verhalten von Pendeln zu erklären, bei denen ein schwerer Körper, der an einem Seil aufgehängt ist, hin und her schwingt und nicht in der Mitte zur Ruhe kommt.

Galileo hatte bereits Experimente durchgeführt, die zeigten, dass schwerere Körper nicht schneller fielen als leichtere – eine weitere Annahme, die mit der aristotelischen Theorie übereinstimmte. Außerdem wies er nach, dass sich in die Luft geworfene Gegenstände in parabolischen Bögen bewegen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse und seiner Faszination für die Hin- und Herbewegung eines aufgehängten Gewichts begann er 1588 mit der Erforschung von Pendeln.

Im Jahr 1602 erläuterte er seine Beobachtungen in einem Brief an einen Freund, in dem er das Prinzip des Isochronismus beschrieb. Nach Galilei besagt dieses Prinzip, dass die Zeit, die ein Pendel zum Schwingen braucht, nicht mit dem Bogen des Pendels zusammenhängt, sondern mit der Länge des Pendels. Beim Vergleich zweier Pendel ähnlicher Länge zeigte Galilei, dass sie mit derselben Geschwindigkeit schwingen würden, obwohl sie unterschiedlich lang gezogen wurden.

Laut Vincenzo Vivian, einem Zeitgenossen Galileis, entwarf Galilei 1641 unter Hausarrest einen Entwurf für eine Pendeluhr. Da er zu dieser Zeit blind war, konnte er den Entwurf vor seinem Tod im Jahr 1642 leider nicht mehr fertig stellen. Infolgedessen gilt Christiaan Huygens‘ Veröffentlichung von Horologrium Oscillatorium im Jahr 1657 als der erste aufgezeichnete Vorschlag für eine Pendeluhr.

Der Sektor:

Die Kanone, die 1325 erstmals in Europa eingeführt wurde, war zur Zeit Galileis zu einer tragenden Säule im Krieg geworden. Da die Kanoniere immer raffinierter und mobiler wurden, benötigten sie Instrumente, die ihnen bei der Koordinierung und Berechnung ihres Feuers halfen. So entwickelte und verbesserte Galilei zwischen 1595 und 1598 einen geometrischen und militärischen Kompass zur Verwendung durch Kanoniere und Landvermesser.

Bisherige Schützenkompasse beruhten auf zwei rechtwinkligen Armen und einer Kreisskala mit einem Lot, um Höhen zu bestimmen. Die in dieser Zeit entwickelten mathematischen Kompasse oder Teiler waren mit verschiedenen nützlichen Skalen an den Beinen ausgestattet. Galilei kombinierte die Verwendungszwecke beider Instrumente und entwarf einen Kompass oder Sektor, in dessen Schenkel viele nützliche Skalen eingraviert waren, die für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden konnten.

Er bot den Kanonieren nicht nur eine neue und sicherere Möglichkeit, ihre Kanonen genau zu heben, sondern auch eine schnellere Möglichkeit, die benötigte Schießpulvermenge anhand der Größe und des Materials der Kanonenkugel zu berechnen. Als geometrisches Instrument ermöglichte es die Konstruktion beliebiger regelmäßiger Polygone, die Berechnung der Fläche beliebiger Polygone oder Kreissektoren und eine Vielzahl anderer Berechnungen.

Galileos Thermometer:

Im späten 16. Jahrhundert gab es für Wissenschaftler keine praktischen Mittel zur Messung von Wärme und Temperatur. Versuche, dies innerhalb der venezianischen Intelligenz zu ändern, führten zum Thermoskop, einem Instrument, das auf der Idee der Ausdehnung von Luft aufgrund von Wärme aufbaute.

Um 1593 konstruierte Galilei seine eigene Version eines Thermoskops, das auf der Ausdehnung und Kontraktion von Luft in einem Kolben beruhte, um Wasser in einem angeschlossenen Rohr zu bewegen. Im Laufe der Zeit arbeiteten er und seine Kollegen daran, eine numerische Skala zu entwickeln, die die Wärme auf der Grundlage der Ausdehnung des Wassers in der Röhre messen würde.

Und obwohl es noch ein weiteres Jahrhundert dauern sollte, bis Wissenschaftler – wie Daniel G. Fahrenheit und Anders Celsius – damit begannen, universelle Temperaturskalen zu entwickeln, die in solchen Instrumenten verwendet werden konnten, war Galileis Thermoskop ein großer Durchbruch. Es war nicht nur in der Lage, die Wärme in der Luft zu messen, sondern lieferte auch zum ersten Mal quantitative meteorologische Informationen.

Galileos Fernrohr:

Galileo erfand zwar nicht das Fernrohr, aber er verbesserte es erheblich. Im Laufe vieler Monate im Jahr 1609 stellte er mehrere Teleskopentwürfe vor, die zusammen als Galilei-Teleskope bekannt wurden. Das erste, das er zwischen Juni und Juli 1609 konstruierte, war ein Fernrohr mit drei Triebwerken, das er im August durch ein Instrument mit acht Triebwerken ersetzte, das er dem venezianischen Senat vorstellte.

Im darauffolgenden Oktober oder November gelang es ihm, dieses durch die Konstruktion eines Teleskops mit zwanzig Antrieben zu verbessern – eben jenes Teleskop, mit dem er den Mond beobachtete, die vier Jupitersatelliten entdeckte (die danach als Galileische Monde bekannt wurden), die Phasen der Venus erkannte und Nebelflecken in Sterne auflöste.

Diese Entdeckungen halfen Galilei, das kopernikanische Modell voranzutreiben, das im Wesentlichen besagt, dass die Sonne (und nicht die Erde) das Zentrum des Universums ist (auch bekannt als Heliozentrismus). Er verfeinerte seine Entwürfe weiter und schuf schließlich ein Teleskop, das Objekte um den Faktor 30 vergrößern konnte.

Auch wenn diese Teleskope nach modernen Maßstäben bescheiden waren, stellten sie doch eine enorme Verbesserung gegenüber den Modellen dar, die zu Galileis Zeiten existierten. Die Tatsache, dass es ihm gelang, sie alle selbst zu konstruieren, ist ein weiterer Grund, warum sie als seine beeindruckendsten Erfindungen gelten.

Aufgrund der von ihm geschaffenen Instrumente und der Entdeckungen, zu denen sie beitrugen, wird Galilei zu Recht als eine der wichtigsten Persönlichkeiten der wissenschaftlichen Revolution anerkannt. Seine zahlreichen theoretischen Beiträge auf den Gebieten der Mathematik, der Technik und der Physik stellten auch die aristotelischen Theorien in Frage, die jahrhundertelang akzeptiert worden waren.

Kurz gesagt, er war einer der wenigen Menschen, die durch ihr unermüdliches Streben nach wissenschaftlicher Wahrheit unser Verständnis des Universums und der grundlegenden Gesetze, die es bestimmen, für immer verändert haben.

Universe Today hat Artikel über Galileos Teleskop und über Wissenschaftler, die Galileos Leiche exhumieren wollen.

Weitere Informationen finden Sie unter Galileo Project und Galileo the telescope and the Laws of Dynamics.

Astronomy Cast hat eine Episode über die Auswahl und Verwendung eines Teleskops und wie man sein eigenes baut.