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Inhalt :
Teil 1

Teil 2

John Flamsteed
(1646-1719)



Christian Mayer
(1719-1783)



Nevil Maskelyne
(1732-1811)



Wilhelm Herschel
(1738-1822)



Friedrich Wilhelm Bessel
(1784-1846)



Johann Heinrich Mädler
(1794-1874)


Epsilon Lyrae im Sternbild Leier

Mayer 57, Mayer 58, STF2382, STF2383, STFA 37, WDS18443+3940

Stichworte : Entdeckungsgeschichte und historische Beobachtungen, Bessels Sehtest, Umlaufbahnen von STF2382 und 2383 und Relativbewegungen, Ephemeriden

J.S. Schlimmer 12/2004 (aktualisiert 02/2021)

Prolog

Sie kennen Epsilon Lyrae, den Namensgeber dieser Internet-Domäne noch nicht ? Dann probieren Sie doch einmal im Sommer diesen einzigartigen Doppel-Doppel-Stern im Sternbild Lyra in seine Komponenten zu trennen. 4 und 5 Epsilon Lyrae können Sie bereits mit einem kleinen Fernglas trennen. Um beide Komponenten wiederum zu trennen, benötigen Sie ein kleines Teleskop. Haben Sie schon einmal die Komponente E oder I beobachtet ? Informationen über diese beiden weniger bekannten Komponenten finden Sie am Ende des Artikels in Teil 2.


Allgemeines zu Epsilon Lyrae

Epsilon Lyrae befindet sich nordöstlich von Vega (Abbildung 1a). Mit einer Helligkeit von 5,01 mag bzw. 5,25 mag erscheinen uns 4 und 5 Epsilon Lyrae nahezu gleich hell (Abbildung 1b). Der Abstand zwischen diesen beiden beträgt 208", der Positionswinkel liegt bei etwa 173°. Jede dieser beiden Komponenten ist wiederum doppelt. Der Abstand zwischen der A und B-Komponente (4 Epsilon Lyrae) beträgt rund 2,1", zwischen der C und D-Komponente (5 Epsilon Lyrae) beträgt der Abstand etwa 2,4". Allerdings ist 4 Epsilon Lyrae schwerer zu trennen, da die Komponente B eine Magnitude schwächer wie die A Komponente ist. Die Komponenten von 5 Epsilon Lyrae sind hingegen nahezu gleich hell. Der Positionswinkel zwischen A und B beträgt derzeit etwa 344°, zwischen C und D beträgt er rund 74°. Somit bilden die Komponenten von 4 und 5 Epsilon Lyrae nahezu einen rechten Winkel miteinander. Dadurch ist Epsilon Lyrae unverwechselbar ! Neben diesen vier bekannten Komponenten gibt es noch weitere, von denen die Komponente I mit einer Helligkeit von 10,4 mag noch gut zu beobachten ist. Mehr zu dieser Komponente finden Sie am Ende des Artikels.

 
Abbildung 1 : a) Das Sternbild Lyra, 135 mm Minolta auf Kodak E200 aufgenommen, b) Epsilon Lyrae mit STF2382AB, STF2383CD und den weniger bekannten Komponenten E, F und I. Die Komponenten AB und CD sind auf dieser Aufnahme noch nicht aufgelöst, Canon EOS1100D, 1500 mm.

John Flamsteeds und Nevil Maskelynes Beobachtungen

Die Doppelsternnatur von 4 und 5 Epsilon Lyrae ist schon lange bekannt. Bereits der englische Astronom John Flamsteed (1646-1719) bemerkte nahe 4 Epsilon Lyrae einen Begleiter, den er als 5 Lyrae katalogisierte. Auch der Astronom Nevil Maskelyne (1732–1811) beobachtete diese beiden Sterne  mehrfach. In einem Brief an Christian Mayer beschrieb er seine Beobachtungen aus dem Jahre 1765. Maskelyne sah "nahe beim Stern Epsilon Lyrae noch einen anderen kleinen Stern von 6. oder 7. Größe“. Unklar ist jedoch, ob es sich bei diesem Begleiter um 5 Epsilon Lyrae handelte oder um die zweite Komponente von 4 Epsilon Lyrae. Allerdings nannte Maskelyne einen Abstand in Rektaszension von 36’’. Dies entspricht dem Abstand zwischen 4 und 5 Epsilon Lyrae.

Christian Mayers Beobachtungen

Von Maskelynes Beobachtungen angeregt, beobachtete der Mannheimer Astronom Christian Mayer (1719-1783) erstmals am 15. August 1778 Epsilon Lyrae und dessen Begleiter, den Mayer mit 'e’ bezeichnete. Ein paar Tage später, am 21. August war sich Mayer sicher, dass es sich bei 4 Epsilon Lyrae um einen Doppelstern handelt. Nach zwei weiteren Tagen, am 23. August bemerkte Mayers Assistent Johann Mezger auch die Doppelnatur von 5 Epsilon Lyrae. Somit war die wahre Natur dieses Sternsystems erkannt :

"Aus meiner dann siebenmal wiederholten Beobachtung war klar, daß der Begleiter von Epsilon Lyrae von ungefähr achter Größe & mit schlechtem & ganz dunklem Licht 0,2 Sekunden in der Zeit Epsilon Lyrae folgt, mit einer Differenz in Deklination, die man auf 3 Sekunden schätzt, um die der Begleiter nördlicher als Epsilon Lyrae ist. Umgekehrt ist der neue Stern ein Begleiter von 'e' selbst, beinahe von sechster Größe und mit dem selben Licht, 2,5’’ südlicher und etwa 0,1 Sekunde östlicher in der Zeit, soweit ich bei einer so großen Nähe beider Sterne aus zehnfach wiederholter Beobachtung herausfinden konnte.“ [1]

Den Abstand zwischen Epsilon Lyrae und 'e’ beschrieb Mayer wie folgt :

"Im Monat August habe ich dieselbe zwischen Epsilon Lyrae und seinem Begleiter 'e' mit 2’’ in der Zeit gefunden, aber ich habe noch nicht gefunden, daß eine Differenz in Deklination in England beobachtet wurde, ich habe jene mittels meines Mauerquadranten als 3’ 33’’ gemessen; um diese ist der Begleiter 'e’ südlicher.“ [1]


Abbildung 2 : Ausschnitt aus Mayers Beobachtungsbuch vom 23. August 1778. Hier erscheint Epsilon Lyrae erstmals als 4-faches System [4]. Foto J.S.Schlimmer

In 0,2 Zeitsekunden bewegt sich Epsilon Lyrae um 2,4’’ in Rektaszension. In Polarkoordinaten ergibt sich aus Mayers Beobachtungsdaten für 4 Epsilon Lyrae (AB) ein Abstand von 3,8’’ und ein Winkel von 38°. Aus den Ephemeriden [9] für das Jahr 1778 folgt eine Distanz von 3,4’’ und ein Winkel von 31°. Für 5 Epsilon Lyrae (CD) erhalten wir aus Mayers Angaben einen Abstand von 2,8’’ und einen Winkel von 155°. Die Ephemeriden Rechnung liefert für das Jahr 1778 eine Distanz von 2,9’’ und einen Winkel von 169°. Diese Messungen stimmen mit heutigen Annahmen über die Umlaufbahnen der Komponenten von 4 und 5 Epsilon Lyrae erstaunlich gut überein (siehe Ephemeriden und Umlaufbahnen). Der Abstand zwischen 4 Epsilon Lyrae und 5 Epsilon Lyrae beträgt in Rektaszension 2,4 Sekunden, in Deklination 210,5''.

Christian Mayer beobachtete als erster systematisch Doppelsterne. Er bezeichnete Doppelsterne als Fixsterntrabanten, was unter den damaligen Astronomen zu heftigen Diskussionen führte [2]. Im "Berliner Astronomischen Jahrbuch für 1784" von Johann Elert Bode wurde sein "Verzeichnis aller bisher entdeckten Doppeltsterne" 1781 veröffentlicht. Der Katalog enthielt 80 Doppelsterne mit Angaben über Abstand und Positionswinkel [7].

Für seine Beobachtungen verwendete Christian Mayer einen Mauerquadranten mit einem Radius von 2,5 m. Dieser wurde von John Bird 1775 in London hergestellt und hatte ein Gewicht von 450 kg (Abbildung 3). An dem Mauerquadranten befand sich ein achromatisches Fernrohr (Länge 2,6 m) von P. Dollond mit 85-facher Vergrößerung. Zur Beobachtung kam ein im Brennpunkt des Teleskops angebrachtes Fadenkreuz zum Einsatz, welches aus drei senkrechten und einem waagerechten Faden bestand. Christian Mayer notierte daher für jedes beobachtete Objekt drei Durchgangszeiten in seinem Beobachtungsbuch.


Abbildung 3 : Mauerquadrant von J. Bird 1775 [4], Foto : J.S.Schlimmer

Die heute noch erhaltenen Beobachtungsbücher decken den Zeitraum vom 1. Januar 1776 bis zum 31. Dezember 1779 ab. Daher sind auch die Beobachtungen über Epsilon Lyrae lückenlos erhalten. Die ersten Beobachtungen von Epsilon Lyrae fanden im August in der späten Abenddämmerung statt, doch mit jedem weiteren Tag rückte auch der Meridiandurchgang um 4 Minuten vor. Die letzten Beobachtungen fanden daher in der frühen Abenddämmerung Ende September und Anfang Oktober statt. Zu dieser Zeit ermittelte er jedoch nur noch den Abstand zwischen den weit auseinander liegenden Sternen 4 und 5 Epsilon Lyrae und nicht mehr zwischen allen 4 Komponenten. Auch am 22. September 1778, einen Tag vor dem Äquinoktium (Tagundnachtgleiche) beobachtete er wieder Epsilon Lyrae. Seinen Aufzeichnungen nach kulminierte 4 Epsilon Lyrae an diesem Tag um 18:04:51 h, 5 Epsilon Lyrae 2 Sekunden später*. Die Sonne war bereits eine dreiviertel Stunde zuvor unter gegangen.

Leider besteht heute nicht mehr die Möglichkeit, mit Mayers Instrument einen Blick auf den gestirnten Himmel zu werfen. Man kann jedoch das Auflösungsvermögen des achromatischen Fernrohrs aufgrund der genannten Doppelsternabstände abschätzen. Die Öffnung beträgt 80 mm [2], womit sich eine theoretische Auflösung von rund 1,7" ergibt. Geht man nun davon aus, dass der Doppelstern mit dem geringsten Abstand in Mayers Verzeichnis die maximale Leistungsfähigkeit des achromatischen Dollond Fernrohrs repräsentiert, so führt diese Annahme zu einem überraschendem Ergebnis : es ist 5 Epsilon Lyrae mit einem Abstand von damals 2,9".


 Friedrich Wilhelm Herschels Beobachtungen

Etwa zur gleichen Zeit wie Christian Mayer beobachtete in England Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822) ebenfalls Doppelsterne. Aus seinen Aufzeichnungen geht hervor, dass er am 29. August 1779 unter anderem Epsilon Lyrae erstmalig observierte :

"Auf den ersten Blick erscheint er mit beträchtlichem Abstand doppelt aber bei genauer Betrachtung sehen wir, daß jeder der Sterne ein sehr schöner Doppelstern ist. Das erste Paar besteht aus Sternen die sehr ungleich sind. Die Sterne des zweiten Paares sind gleich (...). Die Farbe der Sterne des ersten Paares : der größere ist sehr weiß, der schwächere neigt ein wenig zu rot. Beim zweiten Paar sind beide weiß."

Es folgt eine Beschreibung der Abstände bei Betrachtung mit verschiedenen Vergrößerungen, angefangen bei 227-facher Vergrößerung bis hin zu 2012-facher Vergrößerung. Den Abstand bezieht er dabei auf den Durchmesser der Sterne selbst. Wieso die Abstände von der verwendeten Vergrößerung abhängen bleibt unverständlich, denn mit zunehmender Vergrößerung wird auch das Beugungsscheibchen des Sterns entsprechend vergrößert. Außerdem erfolgt keine Beschreibung über das verwendete Teleskop, so dass keine Rückschlüsse auf die Größe der Beugungsscheibchen möglich ist :

"Der Abstand der Sterne des ungleichen Paares bei 227-facher Vergrößerung entspricht genau 1,0 Durchmesser des helleren Sterns, bei 460-fach fast 1,5 Durchmesser, bei 932-fach genau 1,5 Durchmesser und bei 2012 2,5 Durchmesser. Der Abstand des gleichen Paares beträgt bei 227-facher Vergrößerung fast 1,5 Durchmesser von irgendeinem der beiden, bei 460-fach genau 1,75 Durchmesser, bei 932-fach 2,0 Durchmesser und bei 2012-facher Vergrößerung 2,5 Durchmesser."

Als Positionswinkel gibt er für 4 Epsilon Lyrae (AB) 56° 0´ nördlich folgend (= 34°) und für 5 Epsilon Lyrae (CD) 72° 57´ südlich folgend (= 163°) an. Seine Angaben beruhen auf mehreren Beobachtungen der letzten 2 Jahre (1779-1781). Für seine Messungen benutzte Herschel ein Okularmikrometer, die Messgenauigkeit beträgt seinen Angaben zufolge im Schnitt bei drei Messungen etwa 0,1". Seine Positionsangaben beziehen sich auf die Deklination, also eine Linie in Nord-Süd Richtung.
Friedrich Wilhelm Herschels Doppelstern Katalog erschien im Jahr 1782. Die Sterne die bereits Christian Mayer entdeckt hatte, kennzeichnete Herschel mit einem (*) in seinem Katalog, so auch Epsilon Lyrae. Doppelsterne, die bereits vor Christian Mayer bekannt waren, wurden mit einem (+) markiert [8].


Friedrich Wilhelm Bessels Sehtest

Der Astronom F.W. Bessel (1784 -1845) testete anhand von Epsilon Lyrae immer wieder sein Sehvermögen :

"Ich verglich, um die Sternbilder kennen zu lernen, den Himmel mit einem alten Planglobus, den ich in einem geographischen Atlas fand. Als ich zu der Leier kam, fiel es mir auf, daß einer der beiden Sterne, welche mit Vega ein beinahe gleichseitiges Dreieck bilden, aus zwei Sternen zusammengesetzt war. Ich rief meinem älteren Bruder herbei, damit auch er sich an dieser astronomischen Entdeckung erfreuen möge; allein er sah nicht zwei Sterne sondern nur mit Anstrengung einen verlängerten Stern. Vermutlich waren seine Augen, durch größeren Fleiß in der Ausführung seiner Schularbeiten schon geschwächt. Die beiden Sterne sind Epsilon Lyrae und 5 Lyrae, bekanntlich nur viertehalb Minuten voneinander entfernt. Ich habe sie später wieder oft angesehen, um den Fortgang der Schwächung der Augen zu erkennen; schon in Lilienthal konnte ich sie kaum voneinander getrennt erkennen; später nur noch als einen verlängerten Stern, selbst dies nur mit Anstrengung (...).".

Sollten Sie also demnächst vergeblich versuchen 4 und 5 Epsilon Lyrae mit bloßem Auge zu trennen, so brauchen Sie deswegen noch lange nicht an Ihrer Sehschärfe zu zweifeln, denn wie Bessel verrät, war der Astronom Argelander hierzu auch nicht in der Lage :

"Argelander hat neuerlich die Darstellung des Himmels, so wie er den bloßen Augen erscheint, zum Gegenstande sehr fleißiger Bemühungen gemacht und diesen gemäß seine "Neue Uranometrie" nebst dem Verzeichnisse der auf Karten dargestellten Sterne und ihrer neu und höchst sorgfälltig bestimmten Größen erscheinen lassen. Die Karten enthalten nur einen Stern statt Epsilon und 5 Lyrae, und auch das Verzeichnis zieht beide in einem Stern der 4. Größe zusammen." [6]

 Obwohl es mir an günstigen Gelegenheiten nicht mangelte, habe ich bislang nicht versucht, Epsilon Lyrae mit bloßem Auge zu trennen. In einem interessanten Beitrag beschreibt Wolfgang Vollmann wie sich die Nacht-Kurzsichtigkeit am Beispiel von Epsilon Lyrae bemerkbar macht und wie es dennoch gelingt, Epsilon Lyrae zu trennen.


Johann Heinrich Mädlers Beobachtungen

In seinem Buch Populäre Astronomie stellt sich J. H. Mädler (1794 -1874) die Frage, in welchem Abstand zwei Doppelsterne mit bloßem Auge getrennt gesehen werden können. In diesem Zusammenhang kommt er auch auf Epsilon Lyrae zu sprechen : "(...) Dagegen erkennt selbst das schärfste Auge in Epsilon und 5 Lyrae, die 3' 27'' auseinander stehen, nicht zwei getrennte, sondern höchstens einen ovalen Stern (...)". [11]


Abbildung 4 : Titelseite von J.H. Mädlers Buch "Poluläre Astronomie", 1. Auflage 1841, Foto : J.S.Schlimmer


Barack Obamas Blick auf Epsilon Lyrae

Anlässlich des Internationalen Jahres der Astronomie 2009 wurde am 7. Oktober im Garten des Weißen Hauses eine Star Party veranstaltet. Gegen 20.00 h erschien der amerikanische Präsident Barack Obama vor geladenen Gästen. Nach einer etwa 10 minütigen Rede warf er und die First Lady einen kurzen Blick durch ein eigens für die PR Veranstaltung aufgebautes Teleskop. Wie der Präsident anschließend erfuhr, war das Teleskop auf den Doppelstern Epsilon Lyrae ausgerichtet. Hier finden Sie den kompletten Auftritt als Film.


Abbildung 5 : US Präsident Barack Obama wirft einen Blick auf Epsilon Lyrae, 7. Oktober 2009


Eigene Beobachtungen

Bereits mit einem 3-Zoll-Spektiv lässt sich 5 Epsilon Lyrae bei 60-facher Vergrößerung auflösen. Obwohl der Abstand von 4 Epsilon Lyrae 0,1" größer ist, lassen sich hingegen die A und B Komponente nicht trennen. Der Grund hierfür liegt im größeren Kontrastunterschied von 1 mag. Mit einem 8-Zoll-Newton-Teleskop kann Epsilon Lyrae bereits bei 94-facher Vergrößerung in 4 Sterne getrennt werden. Schöner ist jedoch der Anblick bei 120-facher Vergrößerung. Dann sieht man zwischen den einzelnen Komponenten deutliche Lücken. 
 
Abbildung 6 : Epsilon Lyrae, August 2012, UNC30515, 1500 mm, Philips ToU Webcam

Abbildung 6 stammt vom August 2012 und wurde mit einem 12-Zoll Newton Teleskop mit einer Brennweite von 1500 mm aufgenommen. Die Belichtungszeiten betrugen 1/1500 und 1/25 Sekunden. Von den Einzelbildern des Videos wurden jeweils die besten ausgesucht und miteinander überlagert. Die Zeichnung in Abbildung 7 wurde bei 120-facher Vergrößerung bei sehr guten Beobachtungsbedingungen an einem 8-Zoll Newton Teleskop angefertigt.

Abbildung 7 : Zeichnung vom August 2004 bei 120-facher Vergrößerung, Zeichnung groß

Bereits Christian Mayer beobachtete Epsilon Lyrae in der Abenddämmerung. Doch wie gut lässt sich Epsilon Lyrae in der Dämmerung beobachten ? Um diese Frage zu klären, wurde der Meridiandurchgang im September 2005 verfolgt. Die Beobachtung erfolgte 30 km nördlich von Mannheim von der Rheinebene aus. Infolge der Präzession der Erde verschieben sich die Durchgangszeiten der Sterne im Laufe der Jahre. So kulminierte Epsilon Lyrae am 18. September 2005 gegen 19:18 h (MEZ). Die Sonne ging bereits um 18:32 h (MEZ) unter und befand sich zum Zeitpunkt des Meridiandurchgangs 8,5° unter dem Horizont. Die Beobachtungsbedingungen waren sehr gut, Vega konnte man sofort mit bloßem Auge beobachten und auch das Auffinden von Epsilon Lyrae mit dem Teleskop bereitete keine Probleme. Zur Beobachtung kam ein 3-Zoll-Spektiv (Leica APO Televid 77) bei 60-facher Vergrößerung zum Einsatz. 4 Epsilon Lyrae konnte nicht getrennt werden, die Komponenten erschienen länglich in Richtung Nord-Süd, 5 Epsilon Lyrae war hingegen ohne Probleme in zwei gleich helle Sterne zu trennen. Aufgrund der hohen Deklination wanderte Epsilon Lyrae nur langsam durch das Blickfeld und ließ sich bei dieser niedrigen Vergrößerung bequem beobachten. Es sollte daher auch für Christian Mayer kein Problem gewesen sein, Epsilon Lyrae als Vierfachstern zu trennen, zumal damals die Abstände von Epsilon Lyrae größer wie heute waren.
Fortsetzung des Artikels, Teil 2
  • Ephemeriden und Umlaufbahnen
  • Vergleich zwischen Ephemeriden und historischen Messungen
  • Relativbewegung zwischen Epsilon 1 Lyrae (STF2382) und Epsilon 2 Lyrae (STF2383)
  • Weitere Komponenten des Epsilon Lyrae Systems
Landesmuseum für Technik und Arbeit

Sollten Sie einmal in der Nähe von Mannheim sein und Zeit haben, besuchen Sie doch das Landesmuseum für Arbeit und Technik (inzwischen in TECHNOSEUM umbenannt). In der Abteilung Handwerk und Manufaktur sehen Sie schöne astronomische Instrumente und andere Exponate der Mannheimer Sternwarte von Christian Mayer.

Anmerkungen

* Die die Zeiten für den Sonnenuntergang und die Kulmination von Epsilon Lyrae für Mannheim am 22.09.1778 wurden rechnerisch überprüft. Danach ging die Sonne um 17:22 h unter, der Meridiandurchgang fand um 18:02 h statt.

Quellennachweis

[1] Christian Mayer, De novis in coelo sidereo phaenomenis in miris stellarum fixarum comitibus, Mannheim 1779
[2] Christian Mayer, Gründliche Vertheidigung neuer Beobachtungen von Fixsterntrabanten welche zu Mannheim auf der kurfürstlichen Sternwarte entdecket worden sind, 1778, 308 S.: Ill., graph. Darst.; dt.; In Fraktur, SWB-Katalog , Nr. 711278031, Bibliothek des Landesmuseum für Arbeit und Technik
[3] The Washington Double Star Catalog, http://ad.usno.navy.mil/wds/
[4] Landesmuseum für Arbeit und Technik, Mannheim, http://www.landesmuseum-mannheim.de/index.html
[5] Brian Workman, Binary Star Orbit Calculator, http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Runway/8879/englishdownload.html
[6] Rudolf Engelmann (Herausgeber), Abhandlungen von Friedrich Wilhelm Bessel in drei Bänden, Verlag von Wilhelm Engelmann, Leipzig 1875
[7] Christian Mayer, Verzeichniss aller bisher entdeckten Doppelsterne, Berliner Astronomisches Jahrbuch für 1784, Herausgegeben von Johann Elert Bode 1781,
[8] William Herschel, Catalog of Double Stars, Philosophical transactions of the Royal society of London, 1782 Vol. 72
[9] Sixth Catalog of Orbits of Visual Binary Stars, http://ad.usno.navy.mil/wds/orb6.html
[10] Bessel, Vergleichung der gegenseitigen Stellungen von 37 Doppelsternen, welche sowohl in Königsberg als in Dorpat beobachtet sind, Astronomische Nachrichten Nr. 240, 1833
[11] Johann Heinrich Mädler, Populäre Astronomie, vierte Auflage, Berlin 1852
[12] Johann Heinrich Mädler, Populäre Astronomie, erste Auflage, Berlin 1841
[13] Gaia Collaboration et. al. (2020c) : Gaia EDR3 : The Gaia Catalogue of Nearby Stars, https://gea.esac.esa.int/archive/


Danksagung

Mein Dank gilt an dieser Stelle Daniel Fischer, der mich über die Veranstaltung des Weißen Hauses zum Tag der Astronomie informiert hat.


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