Tobias Mayer (1723–1762) und die Astronomie in Göttingen

Als Tobias Mayer im Frühjahr 1751 nach Göttingen kam, war er 28 Jahre alt, hatte nie eine Universität besucht und besaß keinen akademischen Grad. Er wurde trotzdem ordentlicher Professor. Elf Jahre später war er tot, und doch rechneten Seefahrer noch Jahrzehnte danach mit Tabellen, die auf seiner Mondtheorie beruhten. Der Göttinger Abschnitt dieses Lebens ist kurz, aber er gehört zu den dichtesten der frühen Universitätsgeschichte, und er erklärt, warum ein Astronom aus dem 18. Jahrhundert im Winter 2012/13 eine eigene Ausstellung in der Paulinerkirche erhielt.

Ein Autodidakt aus Esslingen

Mayer wurde am 17. Februar 1723 in Marbach am Neckar geboren, verbrachte seine Kindheit aber in Esslingen. Die Familie war arm. Der Vater starb 1731, der Junge kam ins Waisenhaus, 1737 starb auch die Mutter. Zwischen 1729 und 1741 besuchte er die Schule in Esslingen, Mathematik brachte er sich im Wesentlichen aus Büchern bei.

Was dabei herauskam, war erstaunlich früh sichtbar. 1739, mit sechzehn Jahren, veröffentlichte Mayer den ersten Stadtplan von Esslingen. 1741 folgte ein Lehrbuch der Geometrie, 1745 ein „Mathematischer Atlas“, der den Stoff der angewandten Mathematik in Tafeln ordnete, dazu eine Schrift über Festungsbau. Wer diese Titel nebeneinanderlegt, erkennt bereits das Muster seines späteren Werks: Vermessen, Zeichnen und Rechnen gehörten für ihn zusammen, und die Grenze zwischen Kartographie und Astronomie war in seinen Arbeiten nie scharf gezogen.

Kartograph bei Homann in Nürnberg

1746 ging Mayer nach Nürnberg zu den Homannschen Erben, einem der großen Landkartenverlage des Alten Reichs. Die Neue Deutsche Biographie bezeichnet ihn dort als leitenden Mitarbeiter. Mindestens 33 neue Karten gehen auf ihn zurück, darunter eine Deutschlandkarte von 1750. Er beteiligte sich zudem an der Arbeit der Kosmographischen Gesellschaft, die im Umfeld des Verlags gegründet worden war und dessen Kartenproduktion zuarbeiten sollte.

In Nürnberg richtete Mayer den Blick zum ersten Mal systematisch nach oben. Ab 1748 zeichnete er den Mond, und zwar nicht nach Augenmaß: Er setzte ein Mikrometer im Fernrohr ein, um die Lage einzelner Krater und Gebirge zu messen. Mindestens vierzig Detailzeichnungen einzelner Mondregionen entstanden so. 1750 veröffentlichte er in den „Kosmographischen Nachrichten“ eine Untersuchung zur Libration, also zu jener scheinbaren Taumelbewegung, durch die von der Erde aus etwas mehr als die Hälfte der Mondoberfläche sichtbar wird. Um aus vielen Beobachtungen mit unvermeidlichen Fehlern belastbare Werte zu gewinnen, fasste er die Messungen nach einem Mittelungsverfahren zusammen, das die Statistikgeschichte heute als frühe Form der linearen Regression einordnet.

Ein Projekt blieb in Nürnberg stecken. Die Kosmographische Gesellschaft kündigte 1750 einen Mondglobus an und legte dem Prospekt zwei Tafeln nach Mayers Zeichnungen bei. Eine davon ist eine Schabkunst, nach Angaben der Linda Hall Library die erste Mondkarte in dieser Technik, und weil der Stecher die Vorlage nicht spiegelte, liegt alles seitenverkehrt. Der Globus selbst erschien nie; der Verlag stand am Rand des Bankrotts, und Mayer wandte sich anderen Aufgaben zu.

Professor in Göttingen

Zu Ostern 1751 trat Mayer seine Professur in Göttingen an, offiziell für Ökonomie und Mathematik. Er las über praktische Geometrie, Algebra, Astronomie, Mechanik und Kriegsbaukunst, ein Programm, das heute auf drei Fakultäten verteilt wäre. Im selben Jahr heiratete er Maria Victoria Gnüge, die Tochter eines Pfarrers, die ihn um achtzehn Jahre überleben sollte. Das Paar hatte fünf Söhne und drei Töchter; der 1752 geborene Johann Tobias Mayer wurde später selbst Physiker.

Die Göttinger Akademie der Wissenschaften nahm Mayer 1751 als außerordentliches und 1753 als ordentliches Mitglied auf. Die Leitung des kleinen Observatoriums der Universität teilte er anfangs mit Johann Andreas von Segner, bevor er 1754 die alleinige Aufsicht erhielt. Wie dieses Turm-Observatorium auf der Stadtmauer aussah, mit welchem Instrument Mayer dort arbeitete und wie aus seinen Mondtafeln ein Werkzeug für die Navigation wurde, schildert der Beitrag über Tobias Mayer, die Göttinger Sternwarten und das Längenproblem. Hier geht es um die übrigen Felder, auf denen er in diesen wenigen Jahren arbeitete, und um die Frage, wie sein Werk nach 1762 überliefert wurde.

Wie hoch Mayers Rang unter den Zeitgenossen war, zeigt ein Satz von Leonhard Euler, den die Neue Deutsche Biographie zitiert: Euler nannte ihn den „zweifellos größten Astronomen in Europa“. Euler empfahl ihn 1754 sogar für eine Stelle an der Akademie in St. Petersburg. Mayer blieb in Göttingen.

Der Mond als Karte

Die Mondbeobachtungen aus Nürnberg setzte Mayer in Göttingen fort, nun mit dem Ziel einer Karte, die nicht mehr nur gefällig aussehen, sondern messbar richtig sein sollte. Frühere Mondkarten waren im Wesentlichen Zeichnungen: Sie gaben den Gesamteindruck wieder, nicht die Lage. Mayers Karte beruhte auf Positionen, die er mit dem Mikrometer bestimmt hatte. Für die Geschichte der Selenographie ist das der entscheidende Schritt.

Zu Lebzeiten erschien davon allerdings kaum etwas. Erst 1775 brachte Georg Christoph Lichtenberg die kleinere Mondkarte in den „Opera inedita“ heraus, einem Band mit nachgelassenen Schriften, verlegt bei Johann Christian Dieterich in Göttingen. Den Stich übertrug Lichtenberg Joel Paul Kaltenhofer, einem Freund Mayers. Der erste Versuch fiel durch, der zweite wurde angenommen. Auf Wunsch des Herausgebers fügte Kaltenhofer ein Koordinatennetz hinzu, das auf Mayers Vorlage noch fehlte; es gilt als das erste gedruckte Koordinatensystem auf einer Mondkarte. Norden liegt oben. Das war ungewöhnlich, denn die meisten späteren Karten folgten bis ins 20. Jahrhundert der auf Cassini zurückgehenden Tradition mit Süden oben. Johann Hieronymus Schroeter, der die Karte in sein eigenes Mondbuch übernahm, ließ sie deshalb neu stechen, mit Süden oben.

Die große Mondkarte und die Detailzeichnungen blieben noch länger unveröffentlicht. 1881 legte Wilhelm Klinkerfues, damals Direktor der Göttinger Sternwarte, photolithographische Reproduktionen vor. Mehr als ein Jahrhundert nach Mayers Tod war seine Mondkarte damit überhaupt erst vollständig öffentlich. Ein Krater auf der Vorderseite des Mondes trägt heute den Namen T. Mayer.

Man kann an dieser Verzögerung ablesen, wie wenig Mayer selbst für die Veröffentlichung seiner Ergebnisse tun konnte. Zwischen Vorlesungen, Sternwarte, Akademie und den Rechnungen für die Mondtafeln blieb ihm in elf Göttinger Jahren keine Zeit, die Karten druckfertig zu machen. Was blieb, waren Zeichnungen und Manuskripte, deren Wert erst die Nachfolger erkannten. Ohne Lichtenberg und Klinkerfues wäre ein großer Teil davon in der Bibliothek der Sternwarte liegen geblieben.

Sterne, Farben, Instrumente

Neben dem Mond beschäftigten Mayer in Göttingen drei weitere Arbeitsfelder, die auf den ersten Blick wenig miteinander zu tun haben. Gemeinsam ist ihnen die Frage, wie man aus fehlerbehafteten Einzelmessungen ein verlässliches Ergebnis gewinnt.

Der Sternkatalog und die Eigenbewegung

Mit dem großen Mauerquadranten, den die Sternwarte 1755 erhielt, bestimmte Mayer die Positionen von Sternen in der Nähe der Ekliptik. Daraus entstand ein Verzeichnis von 998 Sternen, das die Neue Deutsche Biographie unter dem Titel „Novus fixarum catalogus“ auf 1759 datiert. Die Sterne der Tierkreiszone waren für ihn nicht zufällig gewählt: An ihnen zieht der Mond vorbei, und wer seine Bahn vermessen will, braucht genaue Vergleichspunkte.

Ein Nebenergebnis war folgenreich. Als Mayer seine Positionen mit älteren Messungen verglich, fand er Abweichungen, die sich nicht als Messfehler erklären ließen. 1760 legte er der Göttinger Sozietät eine Abhandlung über die Eigenbewegung von 80 Sternen vor. Die sogenannten Fixsterne stehen eben nicht fest; sie verschieben sich, nur so langsam, dass es erst im Vergleich über Jahrzehnte messbar wird. Mayers Katalog wurde später zweimal neu bearbeitet: 1830 von Francis Baily in London und 1894 von Arthur Auwers.

Das Farbendreieck

1758 stellte Mayer in der Schrift „De affinitate colorum“ ein Modell vor, das alle Farben aus drei Grundfarben ableitet und in einem Dreieck anordnet. Das klingt heute selbstverständlich. Im 18. Jahrhundert war es der Versuch, Farbe so zu behandeln wie eine Messgröße, mit festen Stufen und berechenbaren Mischungen. Goethe hat das Modell gelobt. Johann Heinrich Lambert baute es später zu einer Farbenpyramide aus, die auch die Helligkeit berücksichtigt.

Der Repetitionskreis

Das dritte Feld war das Instrument selbst. Mayer erfand den Repetitionskreis für die Landvermessung und übertrug das Prinzip auf einen astronomischen Spiegelkreis. Die Idee ist einfach und wirkungsvoll: Ein Winkel wird nicht einmal gemessen, sondern mehrmals hintereinander auf dem Teilkreis weitergezählt, sodass sich die Fehler der Kreisteilung über viele Wiederholungen ausgleichen. Jean-Charles de Borda verbesserte die Konstruktion später so erfolgreich, dass das Instrument unter seinem Namen bekannt wurde. Man kann darin eine kleine Ungerechtigkeit der Wissenschaftsgeschichte sehen.

Krankheit und Tod

Die letzten Jahre fielen in den Siebenjährigen Krieg. Göttingen war zeitweise von französischen Truppen besetzt, und die Allgemeine Deutsche Biographie beschreibt Mayer als geschwächt durch die Lasten dieser Zeit. Er starb am 20. Februar 1762 in Göttingen, kaum 39 Jahre alt; die ältere Biographie nennt den 26. Februar. Als Todesursache gilt Typhus.

Für die Familie hatte sein Tod noch eine Folge, die erst Jahre später eintrat und mit seinen Mondtafeln zusammenhing. Sie gehört in die Geschichte des Längenproblems und der britischen Seefahrt, die der Beitrag über die Göttinger Sternwarten ausführlich erzählt.

Lichtenberg, Gauß und der lange Nachruhm

Dass Mayer nicht vergessen wurde, verdankt er zu einem guten Teil zwei Göttingern. Lichtenberg sorgte mit den „Opera inedita“ von 1775 dafür, dass die Mondkarte, eine Schrift über die Schwankungen des Thermometers und weitere Arbeiten überhaupt gedruckt wurden. Carl Friedrich Gauß, der ab 1807 die Göttinger Sternwarte leitete, sprach vom „immortalis Mayer“, dem unsterblichen Mayer. Die Universität Göttingen zitiert diese Formel bis heute, wenn sie die Geschichte ihrer Astronomie erzählt.

In Marbach besteht seit 1996 im Geburtshaus das Tobias-Mayer-Museum, das 2018 einen Erweiterungsbau und ein restauriertes Haus erhielt. Zum 250. Todestag 2012 erschien dort ein Sammelband über Leben und Werk.

In Göttingen selbst sind die Spuren handfester, als man denkt. Die Astrophysikalische Sammlung der Universität verwahrt Instrumente der Göttinger Sternwarte vom 17. bis ins 20. Jahrhundert, darunter einen Mauerquadranten des englischen Instrumentenbauers John Bird. Ihre Anfänge führt die Sammlung auf das Jahr 1748 zurück; seit 2005 befindet sie sich im Gebäude der Fakultät für Physik auf dem Nordcampus.

Die Ausstellung in der Paulinerkirche 2012/13

Zum 250. Todesjahr zeigte die Niedersächsische Staats- und Universitätsbibliothek gemeinsam mit dem Tobias-Mayer-Verein aus Marbach die Wanderausstellung „Tobias Mayer 1723–1762 – Mathematiker, Kartograph und Astronom der Aufklärungszeit“. Sie war vom 11. November 2012 bis zum 13. Januar 2013 in der Paulinerkirche am Papendiek zu sehen. Die Ankündigung der Universität stellte den Autodidakten in den Mittelpunkt, der mit 28 Jahren nach Göttingen berufen wurde und 1754 die alleinige Aufsicht über die Sternwarte erhielt.

Die Ausstellung wurde am Sonntag, dem 11. November 2012, eröffnet. An zwei Terminen im November lief der Film „Der gute Kopf – Aus dem Leben des Astronomen Tobias Mayer“. Zur Finissage am 13. Januar 2013 sprach Armin Hüttermann aus Marbach. Mit „Dinge des Wissens“ war im Sommer desselben Jahres bereits eine große Jubiläumsausstellung der Universitätssammlungen am selben Ort gelaufen, und auch der Astrophysikalischen Sammlung gilt die Mayer-Schau als eine der Stationen, an denen ihre Bestände öffentlich wurden.

Der Ort passte gut. In der Paulinerkirche war am 17. September 1737 die Universität feierlich eröffnet worden, an der Mayer vierzehn Jahre später seine Professur antrat; zur Bibliothek wurde der Kirchenraum erst nach 1803. Und nur wenige Gehminuten trennen den Papendiek von der Turmstraße, an der einst das Observatorium auf der Stadtmauer stand. Welche anderen Themen das Gebäude in den vergangenen Jahrzehnten beherbergt hat, verzeichnet die Übersicht der Ausstellungen in der Paulinerkirche. Die Baugeschichte des Hauses selbst, vom Dominikanerkloster bis zur Universitätskirche, behandelt die Seite zur Geschichte der Paulinerkirche, und wer einen Besuch in der Altstadt plant, findet Anregungen bei den Sehenswürdigkeiten in Göttingen.

Eine Kleinigkeit zum Schluss, für alle, die sich die frühen Drucke einmal ansehen: Die Schabkunsttafel von 1750 liegt, wie erwähnt, seitenverkehrt. Die Linda Hall Library in Kansas City, die ein Exemplar in ihrer digitalen Ausstellung zur Mondkartographie zeigt, gibt dazu einen schlichten Rat. Man halte das Blatt vor einen Spiegel.