Er bewies als Erster die Erdrotation  

Seit Jahrtausenden sind Menschen fasziniert vom Universum. Dass die Erde sich um die Sonne dreht, wurde indes früher bewiesen als die Tatsache, dass wir selbst auch rotieren. Bis der Selfmade-Physiker Léon Foucault ein Pendel schwang – genau 175 Jahre ist das her. 
     

„Der Globus quietscht und eiert, der Rost sitzt überall, bald ist er ausgeleiert, der alte Erdenball“, beginnt ein Bänkellied aus der legendären „Mundorgel“. Nachzuvollziehen wäre das nicht nur angesichts der Weltlage, sondern anschaulicher noch anhand jener Glas- oder Kunststoffgloben, die früher zahlreich Schulen sowie heimische Wohn- und Studierzimmer zierten. Mit ihrer Hilfe lernt jedes Kind, dass die Sonne nicht auf- und untergeht, sondern dass unter ihr die Erde sich um die eigene Achse dreht. Von außen also lässt sich die Erdrotation leicht feststellen. Aber wenn man auf der Erde steht? Uns wird nicht schwindlig, trotz der rund 1.000 Kilometer pro Stunde, mit denen wir in Mitteleuropa uns samt Erdenball um dessen Achse drehen. 

Eine Ahnung davon, dass die Erde sich drehen könnte, hatten angesichts mancher Himmelsphänomene bereits einige der alten Griechen. Hiketas von Syrakus (ca. 5. bis 4. Jahrhundert vor Christus) soll als erster davon gesprochen haben – behauptete zumindest 400 Jahre nach ihm der römische Konsul Cicero unter Berufung auf einen anderen Philosophen und Naturforscher. Wiederum gut 500 Jahre nach Ciceros Erwähnung des Hikates lehrte der indische Mathematiker und Astronom Aryabhata (476 bis um 550), dass die Erde sich täglich einmal um ihre Achse drehe. Wie andere vertrat er zudem der Ansicht, die Erde drehe sich um die Sonne. 

Schulabbrecher und Selfmade-Physiker 

Die Astronomen, die dieses heliozentrische Weltbild nach und nach durchsetzten – Leute wie Nikolaus Kopernikus, Johannes Kepler und Galileo Galilei –, gingen davon aus, dass die Erde sich drehe. Beweisen konnten sie es nicht. Das gelang erst dem französischen Schulabbrecher und Selfmade-Physiker Léon Foucault. Mit dem nach ihm benannten Pendel. 

Es war vor 175 Jahren, am 3. Januar 1851, als Foucault das Ergebnis seiner Überlegungen und Versuche der Öffentlichkeit im Pariser Pantheon vorführte. In dessen Kuppel befestigte er ein 67 Meter langes Seil und an dessen unterem Ende ein 28 Kilogramm schweres Gewicht. Unter der Pendelspitze markierte Foucault auf dem Fußboden die Ruheposition. Dann setzte er das Pendel in Bewegung, langsam schwang es hin und her ... Bereits nach wenigen Minuten wurde sichtbar: Das Pendel verließ seine bisherige Schwingungsbahn – scheinbar. Da aber ein möglichst reibungsarm aufgehängtes Pendel ohne äußere Einflüsse seine Schwingungsebene beibehält, musste es der Fußboden sein, der sich unter ihm drehte – und mit dem Boden im Pantheon die ganze Erdkugel. 

     

Komplizierte Formel 

Eindrucksvoll beschrieben hat die Szene Umberto Eco in seinem 1988 erschienenen Roman „Das Foucaultsche Pendel“: „Da endlich sah ich das Pendel. Die Kugel, frei schwebend am Ende eines langen metallischen Fadens, der hoch in der Wölbung des Chores befestigt war, beschrieb ihre weiten konstanten Schwingungen mit majestätischer Isochronie.“ Für diese gleichmäßige Schwingungsdauer schießt dem Protagonisten sogleich die Formel durch den Kopf: Zwei Mal die Zahl Pi multipliziert mit der Quadratwurzel aus der durch die Erdbeschleunigung (9,81 m/s2) geteilten Fadenlänge in Metern. 

Ganz einfach war der eindrucksvolle Versuch nicht zu reproduzieren. Zwei Versuche in den Domen zu Köln und Speyer führten zu unbefriedigenden Ergebnissen. Dabei hatte bereits ein Schüler Galileis, Vincenzo Viviani, im Jahr 1661 einen solchen Versuch aufgebaut. Das Ergebnis, die scheinbare Änderung der Schwingungsebene, hielt er jedoch für einen Messfehler. Er befestigte das Pendel an zwei Punkten – und war zufrieden. Die Zeit für den Beweis der Erdrotation war noch nicht reif.

Autodidaktisch erworbene Physikkenntnisse  

Léon Foucault, als Sohn eines Verlegers 1819 in Paris geboren, musste mangels Fleiß und guten Benehmens die Schule verlassen. Nach Unterricht bei einem Privatlehrer begann er ein Medizinstudium – das er aber abbrach, weil ihn das Sezieren von Leichen zu sehr ekelte. Autodidaktisch erworbene Physikkenntnisse und weitere Studien ermöglichten ihm 1845 immerhin die erste Daguerreotypie (Fotografie) der Sonne. Kurz vor der Pendelstudie im Pantheon bestimmte er mittels eines sich schnell drehenden Spiegels die Lichtgeschwindigkeit: 298.000 Kilometer pro Sekunde. 

Inzwischen hängen Foucaultsche Pendel in zahllosen Museen, Universitäten und Instituten. Manche zeichnen mit ihrer Spitze Muster in eine Sandfläche oder werfen von Zeit zu Zeit am Rand der Grundfläche aufgestellte Klötzchen um. Wer sie, wie in einer simultanen Videoschalte, gleichzeitig betrachten könnte, stellt jedoch fest: Es braucht jeweils unterschiedlich lange, bis sich der Fußboden einmal unter dem Pendel gedreht hat.

Eine Drehung dauert weniger als 24 Stunden 

Die Erdrotation mit der Dauer eines Tages würde nur ein Pendel über dem Nord- oder Südpol zeigen: im Norden im Uhrzeigersinn, im Süden dagegen. Allerdings dauert es dort nur 23 Stunden, 56 Minuten und gut 4 Sekunden. So lange dauert es, bis sich die Erde einmal um ihre Achse gedreht hat. Der übliche, am Sonnenstand bemessene 24-Stunden-Tag, ist etwas länger, weil in dieser Zeit sich auch die Position der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne ändert. 

Die Sache wird noch komplizierter: Mit der geografischen Breite ändert sich die Rotationsdauer unter dem Pendel. Ein Foucaultsches Pendel in Flensburg etwa muss 29 Stunden und 18 Minuten schwingen, bis sich der Fußboden unter ihm einmal komplett gedreht hat. Jenes im Deutschen Museum in München sogar 32 Stunden und 12 Minuten. Am Äquator hingegen dreht sich der Fußboden gar nicht, weil der Aufhängungspunkt des Pendels mit der Erde mitwandert. 

Andere Nachweise der Erdrotation bieten Fallexperimente, Kreiselkompasse oder ein Laserkreisel. Inzwischen jedoch gibt es genügend Foto- und Videoaufnahmen aus Raumschiffen und Satelliten, die uns Erdlingen vor Augen führen, wie wir uns täglich um unsere eigene Achse drehen und im Jahreslauf weiter um die Sonne. Ohne Quietschen – denn im All herrscht Stille. 

Roland Juchem