Techniklexikon

Lichtgeschwindigkeitsmessung

Relativitätstheorie und Gravitation, Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit. Ein- und Austritt der 1610 von Galilei entdeckten Jupitermonde im Schatten des Jupiters machten Ole Römer 1675 die erste Lichtgeschwindigkeitsmessung möglich, nachdem zuvor Galileis eigene Messungen auf der Erde an der immensen, scheinbar unendlich grossen, Geschwindigkeit gescheitert waren. Römer nutzte die Tatsache, dass die Bewegung der Jupitermonde sehr genau zu berechnen war und Abweichungen der Beobachtungen davon auf die Laufzeit des Lichtes zurückgeführt werden konnten (siehe Abb. 1). 1728 erklärte Bradley die Aberration des auf der Erde beobachteten Lichtes der Fixsterne mit der endlichen Lichtgeschwindigkeit. Erst 1849 konnte Fizeau die Lichtgeschwindigkeit mit Hilfe eines Spiegelsystems auf der Erde messen (Zahnradmethode, siehe Abb. 2). Foucault entwickelte 1850 mit seiner Drehspiegelmethode (siehe Abb. 3) diese Verfahren noch insofern, als er damit wesentlich kürzere Messstrecken benötigte als Fizeau.

Lichtgeschwindigkeitsmessung 1: Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit durch die Beobachtung des zeitverzögerten Auftretens der Verfinsterung des Jupitermondes Ganymed. Ole Römer machte sich dabei die Tatsache zunutze, dass die Erde zwischen zwei Beobachtungen von Punkt I nach Punkt II gewandert war und somit das Licht einen um den Erdbahndurchmesser längeren Weg zurückzulegen hatte.

Lichtgeschwindigkeitsmessung 2: Fizeausche Zahnradmethode: Ein Zahnrad mit n Zähnen, das sich mit der Drehfrequenz n dreht, unterbricht periodisch den Lichtstrahl, der vom Spiegel in der Entfernung s zurückgeworfen wird. Die Zeit für eine Umdrehung des Zahnrads beträgt T = 1 / nn. Braucht das Licht für die Strecke 2s gerade die Zeit T, so sieht der Beobachter einen Reflex.

Lichtgeschwindigkeitsmessung 3: Foucaultsche Drehspiegelmethode (L: Lichtquelle): Der zurückkehrende (gestrichelte) Lichtstrahl ist gegen den einfallenden doppelt so stark abgelenkt, wie sich der mit der Winkelgeschwindigkeit w rotierende Spiegel während der Laufzeit zum festen Spiegel dreht. Für die Geschwindigkeit c des Lichts gilt dann: c = 4abw / Ds .