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Sternwarte-Direktor Rudolf Wolf und Star-Architekt Gottfried Semper
Der Mathematiker und Astronom Rudolf Wolf (1816–1893) wurde 1855 Professor für Astronomie am neuen Eidgenössischen Polytechnikum (später Eidgenössisch-Technische Hochschule ETH). Als Direktor der neuen Eidgenössischen Sternwarte Zürich entwarf er das Bauprogramm. Der renommierte Architekt und Professor für Architektur am «Eidg. Polytechnikum» Gottfried Semper (1803–1879) plante das Bauprojekt, für das er auch die Bauleitung übernahm.
Rudolf Wolf
Wolf war ein Pionier der astronomischen Forschung in der Schweiz. Er entdeckte 1832 die Beziehung zwischen der Sonnenfleckenzahl, den täglichen Bewegungen der Magnetnadel und die Periodizität der Fleckenzahl. In der Sternwarte, die dank seiner Initiative gebaut wurde, bewohnte er zusammen mit Mutter und Schwester das erste Obergeschoss.
Neben Forschung und Lehre war er publizistisch tätig. So gab er 1852 ein «Taschenbuch der Mathematik, Physik, Geodäsie und Astronomie» heraus. 1858-62 veröffentlichte er die «Biographien zur Kulturgeschichte der Schweiz». 1872 erschien das «Handbuch der Mathematik, Physik, Geodäsie und Astronomie» und 1893 das «Handbuch der Astronomie, ihrer Geschichte und Literatur». Daneben veröffentlichte er unzählige Abhandlungen und Mitteilungen in der «Vierteljahresschrift der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich».
Wolf war 1861 Gründungsmitglied der Schweizerischen Meteorologischen Commission und engagierte sich für die Verbreitung der meteorologischen Kenntnisse. Als Präsident der Geodätischen Commission der Schweiz organisierte er die Vermessungen mit. 1879 gab er die «Geschichte der Vermessung in der Schweiz» heraus mit einem Überblich der Entwicklung der gesamten Kartographie.
Die Firma Kern Aarau liefert Instrumente
Zur Eröffnung der Eidgenössischen Sternwarte 1863 in Zürich bestellte ihr erster Direktor Prof. Wolf, neben Gerätschaft aus den renommierten Instituten Fraunhofer und Ertel in München, bei Kern Aarau zwei Instrumente: Einen grossen Meridiankreis für präzise Orts- und Zeitbestimmungen und einen Refraktor für die Beobachtung der Sonnenaktivitäten.
Die Firma und die Sammlung Kern Aarau
Jakob Kern lernte in Aarau das Handwerk eines Reisszeugmachers. Seine Lehr- und Wanderjahre führten ihn nach München, die Hochburg für Optik und Feinmechanik. 1819 gründete er in Aarau seine eigene Firma, die bis zum 1. Weltkrieg, dank Aufträgen von Vermessungsgeräten für den Eisenbahn- und Strassenbau, stetig wuchs. Nach dem 2. Weltkrieg gelang mit Objektiven für die Firma Paillard ein weiterer Durchbruch. In den 1960er-Jahren wurden die Bereiche Vermessung und Photogrammetrie ausgebaut. Mit dem Verkauf der Firma 1987 an den Konkurrenten Wild-Leitz, Heerbrugg, gingen Hunderte von Arbeitsstellen in Aarau verloren.
Eine Gruppe engagierter Mitarbeiter sorgte Ende der 1980er-Jahre dafür, dass die firmeneigene Sammlung als Schenkung an die Stadt Aarau, zuhanden des Stadtmuseums, überging.
Heute engagiert sich die Gruppe «Freiwillige Kernianer» für diese Sammlung. Während rund einem Monat versuchen ehemalige Mitarbeiter der Firma Kern, Rolf Käser, Feinmechaniker, und Hansjörg Schneeberger, Maschineningenieur Kern, zusammen mit weiteren Freiwilligen, das Meridianinstrument im Foyer des Stadtmuseum wieder aufzubauen.
Der Meridiansaal
Wie Thomas K. Friedli im Schweizerischen Kunstführer zur Sternwarte schreibt, beherbergte der Meridiansaal das «Heiligtum» der Sternwarte: Die Instrumente zur astronomischen Positionsbestimmung von Gestirnen.
«Durch eine leichte Zwischenwand getrennt, stand in der östlichen Abteilung auf vom übrigen Gebäude abgetrennten Sockeln der Meridiankreis von Kern in Aarau und in der westlichen Abteilung derjenige von Ertel in München. Über jedem Instrument liess sich das Dach sowie die südliche und nördliche Gebäudewand einen Spalt breit öffnen, so dass alle Sterne vom Nordhorizont über den Zenit bis zum Südhorizont der Beobachtung zugänglich waren. Beide Instrumente konnten lediglich um eine horizontale, Ost-West orientierte Achse bewegt werden und daher nur Sterne im Meridian beobachten. Für den Beobachter stand je ein «Liegestuhl» zur Verfügung (…). Die Handhabung der beiden Meridiankreise erforderte jahrelange Übung und eiserne Disziplin in der systematischen Erfassung der Messgrössen sowie in der langwierigen rechnerischen Reduktion der zahlreichen systematisch und zufälligen Mess- und Beobachtungsfehlern. (…). (GSK, S. 31)
Uhrzeit und Sternzeit
Die Zeit, die wir normalerweise benutzen, ist die Sonnenzeit, ihre grundlegende Einheit der Tag mit 24 Stunden. Bis zur Industrialisierung wurde sie zum Beispiel anhand von Sonnenuhren bestimmt. Allerdings gibt es verschiedene Schwierigkeiten und Ungenauigkeiten mit der Sonnenzeit: Zum Beispiel dreht sich die Erde nicht um 360 Grad an einem Sonnentag. Die Erde befindet sich in einem Orbit um die Sonne und weicht in 24 Stunden um ungefähr ein Grad in Bezug zur Sonne davon ab. Um präzisere Zeitangaben zu erhalten, wird mit astronomischen Methoden gemessen. Die astronomischen Zeit misst, wie lange die Erde braucht, um sich in Bezug auf einen weit entfernten Fixstern (nicht auf die Sonne), um 360 Grad zu drehen. So definiert sich ein Sterntag aus der Dauer einer Umdrehung der Erde um ihre Achse, begrenzt durch zwei aufeinander folgende Durchgänge eines Fixsternes durch die Meridianebene. Diese geht durch den Süd- und Nordpol sowie den Ort der Betrachtung. Im Durchschnitt ist er, wegen des zusätzlichen Grades Abweichung, 4 Minuten kürzer als ein Sonnentag von 24 Stunden.
Das für die Beobachtung eines Sterntages entwickelte Instrument ist der Meridiankreis. Er besteht aus einem Fernrohr, das in der Meridianebene kippbar aufgestellt ist und einem Ablesekreis auf der gleichen Achse. Mit Hilfe der gemessenen Meridianhöhen und der dazugehörigen Uhrangabe können Sternörter bestimmt werden.
Der Nutzen der Meridiankreise
Die Hauptanwendung der beiden Meridiankreise lag weniger in der Bestimmung unbekannter Himmelskörper als in der hochgenauen Orts- und Zeitbestimmung mittels Positionen bekannter Sterne.
Da die Merdiankreis-Instrumente exakt ausgerichtet und fix montiert waren, konnte durch das Beobachten eines Sternes über mehrere Nächte der Gang einer Uhr kontrolliert werden und die sogenannte Uhrkorrektion, also die Abweichung zur astronomischen Zeit, gemessen werden. Bis zur Einführung von Quarzuhren war diese astronomische Eichung die einzige Möglichkeit zur Regulierung von mechanischen oder elektrischen Uhren. In der Sternwarte waren deshalb mehrere hochgenaue Pendeluhren, sogenannte Regulatoren, in Betrieb, deren Uhrkorrektion und Variation über Jahrzehnte überwacht wurde. Neben dem Kern-Merdian stand ein auf Sternzeit eingestellter Regulator aus Le Locle und ein Chronograph aus Neuenburg.
Für eine noch höhere Genauigkeit von Zeit suchte man nach einer Definition ohne störende äussere Einflüsse. Deshalb basiert seit 1967 die grundlegende Zeiteinheit nicht mehr auf astronomischen Messungen, sondern auf einer atomaren Naturkonstanten. Eine Atomsekunde ist ein Vielfaches der Periode einer Mikrowelle, die mit einem ausgewählten Niveauübergang im Caesiumatom in Resonanz ist. Atomuhren basieren auf der Messung dieses Übergangs.
Neben der astronomisch genauen Zeit kann auch die geografische Lage des Instruments bestimmt werden, was für die geodätische Landesvermessung sehr wichtig war. In der Eidgenössischen Sternwarte war das Achsenkreuz des Kernschen Meridians ein sogenannter Fundamentalpunkt.
Von der Sternwarte via Depot zurück nach Aarau
Durch Bautätigkeiten auf dem umliegenden Gelände wurden die Beobachtungen ab 1933 und 1945 mit dem Neubau des Kantonsspital stark beeinträchtigt, später gar verunmöglicht. 1950 wurden die inzwischen veralteten Meridianinstrumente abgebaut und der Meridiansaal für andere Zwecke genutzt. 1981 wurde die Sternwarte geschlossen. Seit der letzten umfangreichen Restaurierung 1995–97 wird sie vom «Collegium Helveticum» der ETH Zürich genutzt.
Meridiankreis und Refraktor waren gemäss Augenzeugenberichten in den 1980er-Jahren in einem schlechten Zustand. Den Meridiankreis hat die Firma Kern gemäss Reparaturschein vom 18.1.1982 für Fr. 11'836.50 restauriert. Als Gegenleistung wurde der Firma Kern das Instrument überlassen. Diese stellte das historische Instrument im Lichthof des Verwaltungsgebäudes im Aarauer Schachen aus bis es 1992 abgebaut und eingelagert wurde.