Ohne Anstehen buchbar Foucaults Pendel im Panthéon Paris
Wie ein 28-Kilogramm-Pendel an einem 67-Meter-Draht die Erdrotation bewies – und wie Sie es während Ihres Besuchs beobachten können
Im März 1851 ließ der Physiker Léon Foucault ein 28 Kilogramm schweres, messingbeschichtetes Bleipendel an einem 67 Meter langen Draht von der Kuppel des Panthéon herab und lud die Pariser ein, die Erde unter sich rotieren zu sehen. Die Demonstration war das erste Laborexperiment, das die Erdrotation ohne astronomische Instrumente direkt sichtbar machte. Das Originalpendel befindet sich heute im Musée des Arts et Métiers; seit 1995 hängt eine exakte Nachbildung im Panthéon. Dieser Leitfaden erklärt, wie das Experiment funktioniert, warum es auf dem Breitengrad von Paris wirkt, was Sie erwartet, wenn Sie heute darunter stehen, und wo Sie sich positionieren sollten, um den Rotationseffekt während eines einzigen Besuchs zu sehen.
Die Demonstration von 1851 – Apparat und Publikum
Foucaults Pendel war kein abstraktes physikalisches Experiment. Es war eine öffentliche Vorführung, die in Auftrag gegeben wurde, um einen zuvor theoretischen Effekt – die Rotation der Erde – für jeden, der bereit war, stehen zu bleiben und zuzusehen, direkt beobachtbar zu machen. Nach einem kleineren Prototyp im Pariser Observatorium im Februar 1851 wurde Foucault von Prinz Louis-Napoléon (damals Präsident der Zweiten Republik, bald Kaiser Napoleon III.) eingeladen, eine vollständige Version unter der zentralen Kuppel des Panthéon zu installieren, wo die 67 Meter hohe Kuppelöffnung bis zum Boden eine ungewöhnlich lange Aufhängung und damit eine langsame, leicht zu beobachtende Schwingungsdauer ermöglichte. Das Pendel – eine 28 Kilogramm schwere, messingbeschichtete Bleikugel – wurde mit einem abgebrannten Fadenmechanismus freigegeben, bei dem ein feiner Faden, der das Pendel zur Seite hielt, mit einer Kerze durchgebrannt wurde, damit im Moment der Freigabe kein seitlicher Impuls übertragen werden konnte. Eine Sandschale auf dem Boden zeichnete das Schwingungsmuster als eine Reihe feiner Rillen auf, die im Laufe des Tages sichtbar rotierten, und eine an der Unterseite des Pendels befestigte Eisenspitze zeichnete die Rotation direkt in den Sand ein.
Das Foucaultsche Pendel im Panthéon wurde am 26. März 1851 für die Öffentlichkeit eröffnet und war sofort eine Sensation. Zeitungen berichteten von stetigen Schlangen Pariser, die unter der Kuppel auf ihre Gelegenheit warteten, und Foucault wiederholte die Vorführung in den ersten Wochen mehrmals täglich. Besucher, die nach einigen Stunden an denselben Ort zurückkehrten, konnten mit eigenen Augen sehen, dass sich die Schwingungsebene relativ zur Sandschale und dem darunterliegenden Gebäude gedreht hatte. Der Effekt erforderte kein Instrument außer Geduld – die Drehung beträgt etwa 11,3 Grad pro Stunde auf dem Breitengrad von Paris, ist innerhalb einer Stunde wahrnehmbar und innerhalb von drei Stunden unverkennbar. Foucault wurde im folgenden Jahr mit der Légion d'honneur ausgezeichnet, das Gyroskop (das er 1852 erfand, um denselben Effekt mit einer anderen Methode zu bestätigen) wurde zum Standardgerät in Physiklaboren, und der Begriff pendule de Foucault ging in die französische Alltagssprache ein. Das Pendel blieb bis 1855 im Panthéon, als das Gebäude wieder religiös genutzt wurde und das Pendel an das Conservatoire des Arts et Métiers überführt wurde, wo das Original noch heute hängt.
Warum es funktioniert – und warum der Breitengrad wichtig ist
Das Prinzip ist einfacher, als die Mathematik vermuten lässt. Ein frei schwingendes Pendel behält seine Schwingungsebene relativ zu den Fixsternen bei, nicht relativ zum Boden darunter. Da sich die Erde einmal pro siderischen Tag dreht, dreht sich der Boden unter dem Pendel, während die Schwingungsebene stillsteht – und für einen Beobachter auf dem Boden sieht es so aus, als ob sich die Schwingungsebene selbst dreht. Die scheinbare Rotationsgeschwindigkeit ergibt sich aus ω = 360° × sin(φ) pro siderischem Tag, wobei φ der Breitengrad des Aufstellungsorts ist. Auf dem Breitengrad von Paris (48,86° N) beträgt sin(φ) etwa 0,752, was eine scheinbare Drehung von etwa 271 Grad pro Tag oder 11,3 Grad pro Stunde ergibt; eine vollständige Umdrehung dauert etwa 31 Stunden und 50 Minuten.
Der Effekt ist an den Polen am stärksten, wo die Schwingungsebene eines Pendels in einem einzigen siderischen Tag (23 Stunden 56 Minuten) eine volle 360-Grad-Drehung zu vollführen scheint, und am Äquator null, wo sin(φ) null ist und die Schwingungsebene des Pendels überhaupt keine Drehung zeigt. Ein Foucaultsches Pendel in Quito oder Singapur würde einfach hin und her schwingen, ohne jede scheinbare Präzession, egal wie lange man zusieht. Dass Paris auf etwa 49 Grad nördlicher Breite liegt, war für die Vorführung glücklich – hoch genug, um eine sichtbar schnelle Drehung innerhalb eines einzigen Nachmittags zu zeigen, und niedrig genug, dass die Schwingungsebene sich nicht so schnell bewegt, dass es verwirrend wäre. Eine Aufstellung auf der Südhalbkugel würde sich dagegen in die entgegengesetzte Richtung drehen: gegen den Uhrzeigersinn statt im Uhrzeigersinn.
Entfernung, Restaurierung und die Replik von 1995
Das ursprüngliche Pendel verblieb nicht dauerhaft im Panthéon. Als Napoleon III. das Gebäude 1852 wieder der katholischen Nutzung zuführte und es zur Nationalbasilika umwidmete, wurde das Experiment eingestellt; das Pendel wurde 1855 formell an das Conservatoire des Arts et Métiers (heute Musée des Arts et Métiers) überführt. Das Gebäude wurde 1881 endgültig wieder säkular genutzt, aber das Pendel kehrte nicht zurück – teils, weil das Museum die kuratorische Verantwortung für das Originalgerät übernommen hatte, teils, weil die Vorführung zu diesem Zeitpunkt wissenschaftlich unumstritten und nicht mehr nötig war.
Die Entscheidung, ein funktionierendes Pendel im Panthéon wieder aufzuhängen, wurde 1995 im Vorfeld der umfassenden CMN-Renovierung des Monuments getroffen, und eine exakte Replik von Foucaults Apparat von 1851 wurde an seinem ursprünglichen Ort von der Kuppel gehängt. Die Replik verwendet dieselbe Drahtlänge (67 Meter) und ein Pendel gleicher Masse und wird jeden Morgen von den Panthéon-Mitarbeitern mit der von Foucault entwickelten Methode des verbrannten Fadens gestartet. Die Replik wurde im April 2010 kurzzeitig beschädigt, als das Aufhängungskabel riss und das Pendel herunterfiel, wodurch der Marmorboden und das Pendel selbst eingedellt wurden; das Originalpendel von 1851 im Musée des Arts et Métiers ist dort noch immer ausgestellt, jetzt in einem Schaukasten neben einem funktionierenden Pendel im Kirchenschiff des Museums.
Die Drehung bei einem einstündigen Besuch beobachten
Die Drehung ist tatsächlich innerhalb eines einzigen Besuchs sichtbar, aber nur, wenn man weiß, wo man hinschauen muss. Die Sandschale unter dem Pendel ist mit kleinen Holzstiften bestückt, die ringförmig um die Schwingungsbahn angeordnet sind; das Pendel wirft etwa alle fünfzehn bis zwanzig Minuten einen Stift um, wenn sich die Schwingungsebene dreht und ein neuer Stift in die Bahn des Pendels gerät. Wenn Sie um 10:00 Uhr ankommen, wenn das Personal das Pendel gerade freigegeben hat und der erste Stift noch steht, und dann um 10:20 Uhr zurückkehren, werden Sie sehen, dass ein anderer Stift in der Schwingungslinie liegt und der erste auf dem Boden. Dies ist der einfachste Weg, die Drehung zu beobachten, ohne den gesamten 32-Stunden-Zyklus abzuwarten.
Fotografisch gesehen ist die beste Position auf der Ostseite des Kirchenschiffs, mit Blick nach Westen über die Schwingungsebene, wobei die Kuppel und der 67 Meter lange Draht über dem Pendel verkürzt erscheinen. Ein mittleres Teleobjektiv (50–85 mm äquivalent) erfasst das Pendel und die Sandschale zusammen; Weitwinkelobjektive verlieren das Pendel in der Geometrie der Kuppel. Das Kirchenschiff wird durch das Kuppelauge beleuchtet, sodass das Pendel im Sommer mittags am hellsten und im Winter weicher ist; die Messingbeschichtung reflektiert warmes Licht gegen den kühlen Stein des Kirchenschiffs. Stativ ist während der normalen Öffnungszeiten nicht erlaubt, daher ist eine lichtstarke Linse oder eine hohe ISO erforderlich, um die Bewegung des Pendels einzufrieren.
Foucaultsches Pendel im Panthéon im Vergleich zu anderen Installationen weltweit
Die Installation im Panthéon ist das historisch bedeutendste Foucaultsche Pendel, aber weder das größte noch das genaueste. Funktionierende Foucaultsche Pendel hängen in Physikmuseen und Wissenschaftszentren auf der ganzen Welt – vom Smithsonian und dem Griffith Observatory in den USA bis zum UN-Hauptquartier in New York, vom Deutschen Museum in München bis zum National Museum of Scotland in Edinburgh. Jedes ist auf die örtliche geografische Breite kalibriert und zeigt eine leicht unterschiedliche sichtbare Rotationsgeschwindigkeit: Die Installationen in höheren Breiten rotieren schneller, die am Äquator kaum.
Der besondere Wert des Panthéon liegt im Kontext, nicht in der Technik. Das Pendel in dem Gebäude zu sehen, in dem Foucault es erstmals aufhängte, unter der Kuppel, die er für die 67 Meter Höhe wählte, umgeben von den Gräbern der Philosophen und Wissenschaftler, die die Aufklärung intellektuell ermöglichten, macht das Experiment zu einem Stück europäischer Kulturgeschichte statt zu einer Ausstellung im Wissenschaftsmuseum. Besucher, denen die Physik wichtig ist, erhalten im Musée des Arts et Métiers wahrscheinlich eine verständlichere Demonstration (wo die originale Kugel und ein separates funktionierendes Pendel nebeneinander hängen, mit Erklärungstafeln in mehreren Sprachen); Besucher, denen der Moment im Jahr 1851 wichtig ist, als ein Apparat die Erdrotation für die Öffentlichkeit sichtbar machte, werden im Panthéon stehen wollen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das Foucaultsche Pendel und was beweist es?
Es ist ein frei schwingendes Pendel, dessen Schwingungsebene im Laufe eines Tages zu rotieren scheint, was zeigt, dass sich die Erde darunter dreht. Léon Foucault installierte die erste öffentliche Version im März 1851 unter der Kuppel des Panthéon – der erste direkte Laborbeweis der Erdrotation.
Wie schwer ist die Kugel und wie lang ist der Draht?
Die Kugel ist eine 28 Kilogramm schwere, messingbeschichtete Bleikugel; der Draht ist 67 Meter lang und hängt vom zentralen Auge der Panthéon-Kuppel herab. Die 1995 installierte Nachbildung verwendet die gleichen Maße wie Foucaults ursprünglicher Apparat von 1851.
Wie schnell rotiert das Pendel auf dem Breitengrad von Paris?
Etwa 11,3 Grad pro Stunde, eine vollständige scheinbare Rotation in etwa 31 Stunden 50 Minuten. Die Rate berechnet sich als 360° × sin(Breitengrad) pro siderischem Tag; auf dem Breitengrad von Paris (48,86° N) ergibt das etwa 271 Grad pro Tag.
Befindet sich das originale Pendel von 1851 noch im Panthéon?
Nein. Das ursprüngliche Pendel wurde 1855 in das Conservatoire des Arts et Métiers (heute Musée des Arts et Métiers) gebracht und ist dort noch immer ausgestellt. Das derzeit im Panthéon schwingende Pendel ist eine exakte Replik, die 1995 installiert wurde.
Wie verändert sich der Effekt mit der geografischen Breite?
Die scheinbare Rotationsgeschwindigkeit ist proportional zum Sinus der Breite. An den Polen (90°) vollführt ein Pendel in einem siderischen Tag (23 Stunden 56 Minuten) eine vollständige Drehung. Am Äquator (0°) scheint die Schwingungsebene überhaupt nicht zu rotieren. Installationen auf der Südhalbkugel drehen sich gegen den Uhrzeigersinn statt im Uhrzeigersinn.
Kann ich die Rotation während eines Besuchs tatsächlich sehen?
Ja. Kleine Holzpflöcke sind ringförmig um die Schwingungsbahn unter dem Pendelkörper angeordnet; das Pendel stößt alle 15–20 Minuten einen um, während sich die Schwingungsebene dreht. Kehren Sie nach 20–30 Minuten ins Kirchenschiff zurück – das ist der einfachste Weg, die Rotation mit eigenen Augen zu bestätigen.
Wann läuft das Pendel?
Während der regulären Öffnungszeiten. Das Personal startet das Pendel jeden Morgen mit einem Mechanismus, der einen verbrannten Faden freigibt, um jeglichen seitlichen Impuls zu vermeiden. Gelegentliche Restaurierungsarbeiten unterbrechen den Betrieb; das Centre des monuments nationaux veröffentlicht längere Schließungen auf seiner Website.
Ist das Pendel jemals ausgefallen?
Ja – im April 2010 riss das Aufhängeseil und die Replik stürzte herab, wobei der Marmorboden und das Pendel selbst beschädigt wurden. Das Pendel wurde repariert und wieder installiert. Das Originalpendel von 1851 im Musée des Arts et Métiers ist unbeschädigt.
Warum wählte Foucault das Panthéon?
Der 67 Meter hohe Abstand von der Kuppelöffnung bis zum Boden ermöglichte einen ungewöhnlich langen Draht. Ein langer Draht sorgt für eine langsame Schwingungsperiode, wodurch der Rotationseffekt über kurze Zeiträume leichter zu beobachten ist. Die Kuppel des Panthéon war 1851 der höchste Innenraum, der Foucault zur Verfügung stand.
Wo ist der beste Standort, um das Pendel zu fotografieren?
Die Ostseite des Kirchenschiffs, mit Blick nach Westen über die Schwingungsebene, wobei Kuppel und Draht perspektivisch verkürzt sind. Ein 50–85 mm Objektiv (äquivalent) erfasst den Pendelkörper und die Sandwanne gemeinsam. Stativ ist während der regulären Öffnungszeiten nicht erlaubt – verwenden Sie daher ein lichtstarkes Objektiv oder eine höhere ISO, um die Bewegung des Pendelkörpers einzufrieren.