Gleich an der Schwelle dieser Periode treten uns die beiden wichtigsten
unter den neuzeitlichen Forschungsmitteln, das zusammengesetzte
Mikroskop und das Fernrohr, entgegen. Ersteres wurde um 1590, letzteres
um 1608 erfunden.
Die Glaslinse und ihre vergrößernde Kraft waren zwar seit alters
bekannt. Auch waren die Erscheinungen, welche die verschiedenen Arten
der Spiegel darboten, da sie sich einer Erklärung durch geometrische
Konstruktion zugänglich erwiesen, stets ein Lieblingsgegenstand
der Mathematiker. Die Zusammenfügung mehrerer Linsen, in der das
Eigentümliche des zusammengesetzten Mikroskops und des Fernrohrs
besteht, scheint dagegen anfangs ohne einen leitenden Gedanken als
ein bloßes Spiel des Zufalls stattgefunden zu haben. Obgleich die
Geschichte jener Instrumente sehr verwickelt ist und mehrere Völker
Prioritätsansprüche erheben, ist doch soviel festgestellt, daß der
Ruhm beider Erfindungen den Niederländern gebührt, bei denen die Glas-
und Steinschleiferei schon im Mittelalter in Blüte stand und die
Herstellung von Linsen zwecks Verfertigung von Brillen gewerbsmäßig
betrieben wurde[7].
Es würde viel zu weit führen, wenn wir uns hier mit der Abwägung aller
Prioritätsansprüche befassen wollten[8]. Nicht nur *Roger Bacon* und
*Porta* wurden auf Grund dunkler Stellen ihrer Werke für die Erfinder
des Fernrohrs gehalten, sondern im Hinblick auf Matthäus 4, 8 wurde
das neue Werkzeug sogar für eine Erfindung des Teufels ausgegeben[9].
Letzteres sei nicht etwa der bloßen Kuriosität wegen angeführt,
sondern um die mißbräuchliche Anwendung zu zeigen, die, wie wir noch
des öfteren sehen werden, von der Bibel gemacht wurde. In den meisten
Fällen geschah dies, um, wie einst dem Emporblühen des Humanismus,
der heranwachsenden Naturwissenschaft Hemmnisse zu bereiten. Dies
Bestreben hat zwar einzelnen Vertretern der Wissenschaft Verfolgungen
eingetragen. Für den gesamten Gang der Entwicklung, der vom Dunkel zum
Lichte führte, sollte es indes belanglos bleiben.
Bei *Bacon* kann es sich nur um prophetische Aussprüche handeln,
*Porta* deutet indessen schon darauf hin, daß sich durch eine
Vereinigung von Glaslinsen besondere optische Wirkungen erzielen
lassen; doch scheint es sich bei seinem Vorschlage um eine Art
Brille gehandelt zu haben[10]. Irrtümliche Nachrichten, welche die
Bekanntschaft mit dem Fernrohr vor dem 17. Jahrhundert bezeugen sollen,
sind auch dadurch entstanden, daß man sich schon im Mittelalter,
ja selbst im Altertum, beim Beobachten der Gestirne leerer Röhren
bediente, um seitliches Licht abzuhalten.
Das erste zusammengesetzte Mikroskop bestand aus der Vereinigung
einer Bikonvex- mit einer Bikonkavlinse. Erstere diente als Objektiv,
letztere als Okular. Dieses Instrument wurde sehr wahrscheinlich[11]
von dem holländischen Glasschleifer *Zacharias Jansen* um das Jahr
1590 erfunden. Eins der ältesten Exemplare beschrieb *Borelius*. Es
war 1½ Fuß lang. Das Rohr hatte zwei Zoll Durchmesser. Auf das
Fußgestell gelegte kleine Gegenstände erschienen beim Hineinblicken in
das Instrument stark vergrößert[12].
Die heutigen zusammengesetzten Mikroskope sind bekanntlich anders
eingerichtet. Sie bestehen aus zwei Sammellinsen oder aus zwei
Linsensystemen, von denen jedes wie eine einzige Sammellinse wirkt.
Die dem Gegenstande genäherte Linse a erzeugt ein physisches Bild, das
durch die zweite Linse b wie durch eine Lupe betrachtet wird (s. Abb.
1). Diese Konstruktion kam jedoch erst später auf, wir begegnen ihr
nicht vor dem zweiten Jahrzehnt des 17. Jahrhunderts.
Auch das Fernrohr bestand in seiner ersten Einrichtung, die nach
glaubwürdigen Zeugnissen von dem holländischen Brillenmacher *Franz
Lippershey* herrührt, in der Verbindung einer Konvexlinse als Objektiv
mit einer Konkavlinse als Okular. Diese Vereinigung wird bekanntlich
noch jetzt als holländisches Fernrohr bezeichnet und in binokularer
Ausführung den heutigen Operngläsern zugrunde gelegt. Auch hier
leitete wohl der Zufall auf die Erfindung. Es wird nämlich erzählt,
*Lippershey* habe seine Linsenkombination auf die Wetterfahne eines
nahen Kirchturmes gerichtet und sei von der vergrößernden Wirkung
überrascht gewesen.
[Illustration: Abb. 1. Mikroskop aus zwei Sammellinsen[13].]
Dafür, daß *Lippershey* in Middelburg das Fernrohr erfunden hat,
sprechen Zeugnisse von Männern des 17. Jahrhunderts und auch
behördliche Dokumente. In einem solchen wird *Lippershey* auf eine
Bewerbung um ein Privilegium geantwortet, er möge sein Fernrohr so
verbessern, daß man dadurch gleichzeitig mit beiden Augen sehen
könne. Dies Verlangen soll *Lippershey* im Dezember des Jahres 1608
erfüllt haben, während die erste Einsendung seines aus Kristallinsen
verfertigten Fernrohrs nach neueren Untersuchungen[14] im Herbst 1608
erfolgt sein soll.
Die Kunde von der wunderbaren Erfindung, verbreitete sich mit großer
Schnelligkeit. In Frankreich wurden schon im November des Jahres 1610
die Jupitermonde mit dem neuen Instrumente beobachtet. Nach Italien
gelangte das Gerücht von der epochemachenden Erfindung im Jahre 1609,
in Deutschland soll das Fernrohr schon 1608 zum Kaufe angeboten worden
sein[15].
In Italien, wo *Galilei* auf der Höhe seines Schaffens stand, fand die
Nachricht den geeignetsten Boden. Mit welchem Eifer *Galilei* sich
der Sache annahm, hat er selbst in einer kleinen Schrift erzählt, die
über die ersten, ihm gelungenen astronomischen Entdeckungen berichtet.
Es heißt dort[16]: »Vor etwa zehn Monaten kam das Gerücht zu unseren
Ohren, ein Niederländer habe ein Instrument erfunden, vermittelst
dessen man entfernte Dinge so deutlich wie nahe gelegene sehe. Das
veranlaßte mich, darauf zu sinnen, wie ich zur Verfertigung eines
solchen Instruments gelangen könnte. Von den Gesetzen der Dioptrik
geleitet, verfiel ich darauf, an den Enden eines Rohres zwei Gläser
anzubringen, ein plankonvexes und ein plankonkaves. Als ich das Auge
dem letzteren näherte, sah ich die Gegenstände etwa dreimal so nahe und
neunmal vergrößert. Da ich weder Arbeit noch Kosten scheute, bin ich
soweit gekommen, ein solch vortreffliches Instrument zu erhalten, daß
mir die Sachen fast 1000mal so groß und 30mal näher erscheinen, als
wenn man sie mit bloßem Auge betrachtet.«
Das Fernrohr, das *Galilei* anfertigte, war also gleichfalls ein
holländisches, während das eigentliche astronomische Fernrohr wie das
zusammengesetzte Mikroskop zwei Sammellinsen besitzt. Die Konstruktion
des astronomischen Fernrohrs wurde von *Kepler* in seiner Dioptrik[17]
(s. Abb. 2) angegeben, dem hervorragendsten Werk, das zu Beginn der
neueren Zeit über die Brechung des Lichtes geschrieben wurde.
[Illustration: Abb. 2. Keplers Konstruktion des astronom. Fernrohrs
(aus *Keplers* »Dioptrik«).]
Im letzten Teile der »Dioptrik« befaßt sich *Kepler* mit der Wirkung
der verschiedenen Linsenkombinationen. Gleich die erste Aufgabe,
die er sich stellt, enthält die Konstruktion des astronomischen
Fernrohrs. Sie lautet: »Durch zwei Konvexlinsen eine Vergrößerung des
Gegenstandes bei vollkommener Deutlichkeit herbeizuführen, aber in
umgekehrter Lage«[18]. *Kepler* nimmt an, das Objektivglas AB sei in
solcher Entfernung von dem Gegenstande CE, daß sein umgekehrtes Bild
undeutlich sein würde. »Stellt man nun zwischen das Auge und dieses
undeutliche Bild, und zwar nahe dahinter eine zweite Sammellinse OP,
so wird letztere die von D und F kommenden Strahlen konvergent und
das Bild dadurch deutlich machen.« Auch wird dieses durch das Okular
erzeugte Bild, wie *Kepler* dartut, größer erscheinen als das Bild das
»die dem Auge nächststehende Linse (OP) von der entfernteren Linse
(AB) erhalten hatte«[19].
Das astronomische Fernrohr verdrängte binnen kurzem das holländische,
weil es zwei Vorzüge besitzt. Einmal gewährt das astronomische Fernrohr
ein größeres Gesichtsfeld. Ferner ermöglicht es die Anwendung eines
Fadenkreuzes, mit dem das zwischen Objektiv und Okular erzeugte reelle
Bild zur Deckung gebracht werden kann.
Daß sich durch Einfügung einer dritten Konvexlinse das umgekehrte Bild,
das ein solches Fernrohr liefert, in ein aufrechtes verwandeln läßt,
hat *Kepler* gleichfalls dargetan[20]. Merkwürdigerweise wurde das
nach ihm benannte astronomische Fernrohr jedoch nicht von ihm selbst,
sondern erst einige Jahre später nach den Angaben der Dioptrik von
*Scheiner*, dem wir in der Lebensgeschichte *Galileis* noch begegnen
werden, zum ersten Male angefertigt. Auch das aus drei Konvexlinsen
bestehende terrestrische Fernrohr hat *Scheiner*[21] zuerst hergestellt.
*Kepler* gab in seiner »Dioptrik« auch die erste Theorie des
holländischen, aus der Verbindung einer Konvex- mit einer
Konkavlinse bestehenden Fernrohrs (Abb. 3). Er zeigte nämlich, daß
die verschwommenen Bilder, die eine dicht vor das Auge gesetzte
Konkavlinse (LM) liefert, deutlich und größer werden, wenn eine
Konvexlinse (NO) in einer bestimmten Entfernung vor die Konkavlinse
gehalten wird[22]. Im Zusammenhang mit seiner Beweisführung steht der
durch Abb. 3 gleichfalls erläuterte Satz, daß Strahlen, die durch
eine Konvexlinse NO konvergent gemacht sind und noch vor ihrem
Schnittpunkt auf eine Konkavlinse LM fallen, so gebrochen werden,
daß entweder der Schnittpunkt weiter hinaus verlegt wird (nach A) oder
die Strahlen parallel gemacht (AʹAʺ) oder endlich divergent weiter
geschickt werden (ξK).
*Kepler* erläutert ferner, wie sich durch die Kombination einer Konkav-
mit einer Konvexlinse reelle Bilder erhalten lassen, die größer sind
als die mit einer Konvexlinse allein erhaltenen Bilder. Diese von
*Kepler* vorgeschlagene Vereinigung (Abb. 4) hat erst vor kurzem den
Anlaß zur Erfindung des Teleobjektivs gegeben. *Kepler* verfolgt
den Gang von drei Strahlenbündeln, die von den Punkten CAE des
Gegenstandes kommen. Die Konkavlinse wird an eine Stelle gebracht, an
der die Konvexlinse GH ein verschwommenes Bild geben würde. Indem nun
die Konkavlinse (LN) die Büschel kurz vor der Spitze auffängt und die
Büschel zu den Spitzen SPT formt, erzeugt sie ein deutliches, reelles
Bild, das größer ist als das in FBD durch die Konvexlinse allein
hervorgerufene.
[Illustration: Abb. 3. Keplers Abbildung zur Erläuterung des
holländischen Fernrohrs.]
Außer den hier hervorgehobenen wichtigen Sätzen über die Wirkung von
Linsenkombinationen bringt *Kepler* noch eine Fülle anderer, bezüglich
deren jedoch auf die »Dioptrik« verwiesen werden muß. Um das Fernrohr
zu verkürzen, empfiehlt er z. B. zwei gleiche Sammellinsen, die
möglichst nahe hintereinander stehen als Objektiv zu wählen. Auch der
Vorschlag, das Rohr des Fernrohres verschiebbar zu machen, um es den
Augen anzupassen, rührt von *Kepler* her[23].
Das Jahr, in dem das astronomische oder *Kepler*sche Fernrohr zur
Ausführung gelangte, hat sich nicht genau ermitteln lassen. Es geschah
wohl zwischen 1613 und 1617, und zwar, wie schon erwähnt, durch
*Scheiner*[24]. Er hat sich um die Begründung der Optik und um die
Erfindung und Verbesserung der optischen Instrumente zur Zeit des
Wiederauflebens der Naturwissenschaften neben *Kepler* die größten
Verdienste erworben. *Scheiner* war ferner einer der ersten, der das
Fernrohr zu astronomischen Beobachtungen benutzte. Im April oder Mai
des Jahres 1611 erblickte er die fast zur selben Zeit von *Fabricius*
und *Galilei* gesehenen Sonnenflecken[25]. Gebührt ihm auch nicht die
Priorität dieser Entdeckung, so war er es doch, der in jahrewährender
Arbeit mehrere tausend Beobachtungen über die neue, so viel Aufsehen
erregende Erscheinung anstellte. Diese Beobachtungen wären nicht
möglich gewesen, wenn *Scheiner* nicht als erster an dem Fernrohr
besondere Blendgläser angebracht hätte. Sie bestanden in geschliffenen,
farbigen Platten, die er vor den Linsen befestigte. Seine ersten
Versuche, die Linsen selbst aus farbigem Glase herzustellen und so das
Licht zu schwächen, gab er bald wieder auf. Vielleicht ist *Galilei*
dadurch erblindet, daß er noch keine Blendgläser gebrauchte[26].
[Illustration: Abb. 4. Keplers Teleobjektiv.]
Einen zusammenfassenden Bericht über seine Beobachtungen
veröffentlichte *Scheiner* 1630 unter dem Titel »Rosa Ursina«[27].
Es wird noch an anderer Stelle davon die Rede sein. Hier sei nur
hervorgehoben, daß diese Schrift die erste Nachricht von der *Scheiner*
gelungenen Erfindung des astronomischen, aus zwei konvexen Linsen
hergestellten Fernrohres brachte. Die Möglichkeit einer solchen
Konstruktion hatte, wie oben erwähnt, zwar *Kepler* angegeben. Die
Ausführung und die erste Anwendung verdanken wir indessen *Scheiner*.
Er erzählt in der Rosa Ursina, er habe mit dem neuen Instrument vor 13
Jahren (also 1617) dem Kaiser die Sonnenflecken gezeigt.
*Scheiner* wandte auch eine Linsenkombination unter dem Namen Helioskop
zur objektiven Darstellung astronomischer Vorgänge an. Er zeigte z.
B. die Sonnenflecken gleichzeitig einer größeren Anzahl von Personen,
indem er sein Helioskop aus einem dunklen Zimmer gegen die Sonne
richtete und hinter dem Instrument eine weiße Platte anbrachte, auf der
dann die Sonnenscheibe mit ihren Flecken sichtbar wurde.
Bei diesem Stand der optischen Forschung war es selbstverständlich, daß
man sich auch dem uns von der Natur verliehenen Organ und dem Vorgange
des Sehens zuwandte. So bewies *Scheiner* die Ähnlichkeit des Auges mit
der Camera obscura durch folgenden Versuch: Er entfernte die Häute an
der hinteren Wand eines Ochsenauges bis auf die Netzhaut und brachte
eine Kerze in einiger Entfernung vor dem so präparierten Auge an. Das
umgekehrte Bild der Kerzenflamme konnte dann auf der Netzhaut von einem
hinter dem Auge befindlichen Standpunkt wahrgenommen werden[28]. Später
(im Jahre 1625) stellte *Scheiner* den gleichen Versuch mit demselben
Ergebnis am menschlichen Auge an.
*Scheiner* ließ sich bei seiner Beschäftigung mit optischen Fragen von
dem Gedanken leiten, daß das Auge ein nach den Prinzipien der Optik
gebautes Organ und deshalb besonders geeignet sei, die Grundlehren der
Optik zu entwickeln. So entstand das Werk, das die soeben erwähnten
Beobachtungen enthält. Es führt den, jenen Gedanken *Scheiners* zum
Ausdruck bringenden Titel »Oculus, hoc est fundamentum opticum« und ist
grundlegend für die physiologische Optik geworden.
*Scheiner* beginnt mit der eingehenden anatomischen Beschreibung
des Auges. Dann folgt eine Untersuchung des Brechungsvermögens der
verschiedenen Medien, welche die Strahlen nach ihrem Eintritt in das
Auge durchdringen müssen, um zu der Netzhaut zu gelangen. Letztere ist
nach *Scheiner* und nach *Kepler*, entgegen früheren Meinungen, welche
die Wahrnehmung des Bildes in den Glaskörper oder gar in die Linse
verlegten, der eigentliche Sitz des Sehvermögens. *Scheiner* zeigte,
daß das Brechungsvermögen der wässerigen Feuchtigkeit mit demjenigen
des Wassers und dasjenige der Linse mit dem des Glases nahezu
übereinstimmt, während das Brechungsvermögen des Glaskörpers zwischen
dem der erstgenannten Medien liegt. Der Gang des Lichtstrahls wird dann
von seinem Eintritt in das Auge, bis er die Netzhaut trifft, verfolgt.
Die entsprechenden Kapitelüberschriften geben am besten einen Überblick
über den Gang und die Ausführlichkeit der von *Scheiner* unternommenen
Untersuchung. Sie lauten: Brechung des Lichtstrahls beim Übergang aus
der Luft in die Hornhaut, Brechung beim Übergang aus der Hornhaut in
die wässerige Feuchtigkeit, Vergleich der das Auge zusammensetzenden
Medien hinsichtlich ihrer Dichte, Brechung des Lichtes beim Übergang
aus der wässerigen Feuchtigkeit in die Kristallinse, Brechung an der
Grenze von Kristallinse und Glaskörper, und endlich Brechung an der
Grenze von Glaskörper und Netzhaut[29].
*Scheiner* gab ferner die erste zutreffende Antwort auf die Frage,
wie es kommt, daß das Auge nahe und entfernte Gegenstände deutlich
zu sehen vermag. Dieses, als Akkommodationsfähigkeit bezeichnete
Vermögen erklärte *Scheiner* daraus, daß die Gestalt der Linse sich
ändert, indem die Linse sich für nahe Gegenstände stärker wölbt, für
entferntere dagegen sich abflacht.
Von den zahlreichen Versuchen, die *Scheiner* über das Sehen anstellte,
sei folgender hervorgehoben. In ein Papierblatt werden mit der Nadel
mehrere kleine Öffnungen gestochen, die sich so nahe beieinander
befinden, daß die entstehende Figur die Pupille an Größe nicht
übertrifft. Bringt man das Blatt dann nahe an das Auge und hält einen
Gegenstand, etwa eine Nadelspitze, dahinter, so sieht man von ihm so
viel Bilder, als das Papier Öffnungen besitzt. Die Erscheinung erklärt
sich daraus, daß sich die von der Nadelspitze ausgehenden Strahlen vor
oder hinter der Netzhaut kreuzen.