Durchgangsinstrument

Ein Passageninstrument (auch: Passage-, Durchgangsinstrument oder Mittagsrohr ) ist ein Messinstrument der Astrogeodäsie und Astrometrie, das mit seiner horizontalen Achse beliebige Vertikalkreise definiert. Es dient dazu, an einem vertikalen Fadennetz die Zeitpunkte von Sterndurchgängen zu beobachten und ist infolge seiner - gegenüber dem Meridiankreis sehr kompakten - Bauweise in beschränkter Weise transportabel.
Im Gegensatz zum Meridiankreis dient es nicht zur Messung von Sternörtern, sondern zur astronomischen Längen- und Zeitbestimmung sowie teilweise zur Azimutmessung.

Das Prinzip des Instruments wurde 1689 vom Dänen Ole Rømer (Olaf Roemer) erfunden und wurde zur Zeitbestimmung durch Beobachtung der Meridiandurchgänge von Sternen eingesetzt. Dazu montierte Roemer ein um eine feste, genau horizontale Ost-West-Achse (Kippachse) drehbares Fernrohr und registrierte die Sterndurchgänge mittels der Schläge einer Pendeluhr. Seit Ende des 19.Jahrhunderts hat sich die Bauweise als gebrochenes Fernrohr durchgesetzt.

Passageinstrument (um 1900)

Funktionsweise

Alle astronomischen Objekte durchlaufen den Himmelsmeridian horizontal. Mit einem nach dem Meridian ausgerichteten Teleskop und einem registrierenden Chronometer kann man die Rektaszension eines Gestirns genau bestimmen. Aus seiner scheinbaren Höhe beim Durchgang ist auch die Deklination bestimmbar, wenn die Polhöhe (astronomische Breite) bekannt und ein Vertikalkreis vorhanden ist.

Die Sterndurchgänge werden durch ein paralleles „Fadennetz“ gemessen (früher waren es tatsächlich Spinnfäden spezieller Spinnenarten) oder, zur Genauigkeitssteigerung, mit einem optischen Mikrometer und elektrischen Kontakten („unpersönliches Mikrometer“, siehe auch: Universalinstrument). Die Zeitregistrierung erfolgte bis etwa 1980 mit Band- oder Druckchronografen, bei heutigen Anwendungen digital.

Die gemessenen Zeiten beziehungsweise Winkel müssen (wie bei jeder Präzisionsmessung) um den Einfluss kleiner Achsneigungen berichtigt („reduziert“ werden, was mit 2–3 Libellen und der „Mayer-Formel“ (nach Tobias Mayer) erfolgt.

Die Messgenauigkeit liegt bei etwa 0,1 ″, doch bei Mittelung mehrerer Sternpassagen entsprechend höher. Schon das erste, von Ole Römer um 1700 konstruierte Gerät erreichte zirka 1 ″. Die Zeitmessung ist visuell auf etwa 0,02 Sekunden genau und mit Mikrometer noch besser. In beiden Fällen muss man jedoch die „Persönliche Gleichung“ (Reaktionszeit) berücksichtigen. Sie beträgt durchschnittlich eine Zehntelsekunde (je nach Beobachter 0,05 bis 0,2 s), ist aber auf wenige Hundertstelsekunden konstant ¹). Für die Feststellung eventueller kleiner Veränderungen der Reaktionszeit wurde der "künstliche Stern" entwickelt.

¹) Die Reaktionszeit ist hier viel kleiner als beispielsweise im Straßenverkehr (0,5 – 1 s), weil der Stern nicht überraschend, sondern gut vorhersehbar hinter den Messfäden durchgeht.

Anwendungen

Das Passageninstrument ist eine kleinere Form des Meridiankreises, mit dem man die Durchgangszeiten der Sterne durch den Meridian messen kann, und mit Zusatzgeräten auch die Zenitdistanz. In erster Linie dient(e) es zur Bestimmung

1. von Sternörtern - siehe Sternkataloge FK3, FK4 und Fundamentalsystem,
2. zur Zeit- und Längenbestimmung - siehe Atomzeit, UTC und Lotabweichung,
3. zum Monitoring der Erdrotation - siehe Polbewegung, und (seltener)
4. zur Messung astro-geodätischer Azimute. In diesem Fall wird das Instrument nicht im Meridian, sondern im Vertikal des Vermessungspunktes verwendet (Methode von Niethammer).

Für ein Stativ ist das Instrument zu schwer, obwohl es größenmäßig einen Präzisions-Theodolit nicht wesentlich übertrifft. Daher benötigt es einen Messpfeiler, wie sie etwa auf Fundamentalpunkten oder zur Absteckung langer Tunnel gebaut werden.

Wegen ihrer kompakten Bauweise wurden Passageninstrumente nicht nur auf Sternwarten, sondern bis etwa 1980 vereinzelt auch auf Feldstationen eingesetzt. Manche solcher Instrumente hatten eine etwas andere Ausführung von Höhenkreis beziehungsweise Libellen und konnten zum Teil auch außerhalb des Meridians verwendet werden (für Azimut- und Zenitdistanz-Messungen und die Lotabweichung).

Ein bekannter Hersteller der Instrumente war die Firma Askania in Berlin und bis etwa 1920 weitere Firmen wie Starke & Kammerer (Wien), Johann Georg Repsold (Hamburg) oder englische Werkstätten.

Auch Radioteleskope werden bisweilen als Durchgangsinstrument aufgebaut, da sie dann in nur einer Achse beweglich ausgeführt werden müssen. Radioquellen können dann allerdings nur einmal täglich beobachtet werden. Ein Beispiel dafür ist das in einen Talkessel fest eingebaute Arecibo-Observatorium auf Puerto Rico.

Literatur

• Karl Ramsayer, Geodätische Astronomie. Jordan/Eggert/Kneissl, Handbuch der Vermessungskunde (10.Ausgabe) Band 2a, 900 p., Verlag J.B. Metzler, Stuttgart 1970
• Albert Schödlbauer, Geodätische Astronomie – Grundlagen und Konzepte., De Gruyter-Verlag Berlin/ New York 2000
• Passageninstrument, gebrochenes Fernrohr (Brockhaus 1895)

Siehe auch

• Höhere Geodäsie, Lotrichtungsschwankung, Astronomische Refraktion
• CCD, Instrumentenfehler, Zenitkamera
• Weltzeit, astronomischer Längenausgleich
• Sternkatalog, FK5, Hipparcos-Katalog, APFS, Berliner Astronomisches Jahrbuch
• Argelander, Bessel, Gauß, Josef Hopmann, Heinrich Olbers, Giuseppe Piazzi, W.H. Pickering, Karl Ramsayer, Otto Struve