Wie warm ist es? Die Geschichte des Thermometers

Der Blick auf das Thermometer geschieht heute, ohne zu hinterfragen, wie dieses Gerät eigentlich weiss, wie warm oder kalt es gerade ist. Das Thermometer hat eine spannende Entwicklungsgeschichte hinter sich, an der das Universalgenie Galileo Galilei massgeblich beteiligt war.

Geht man der Geschichte des Thermometers nach, ist man erstaunt, wie früh sich die Menschheit schon mit den Begriffen Wärme und Kälte auseinandergesetzt hat. Dabei ging es vor allem um die Einflüsse von Wärme und Kälte auf den menschlichen Körper, weniger um die Meteorologie. Man lese und staune, diese war vor 2000 Jahren eher verpönt. Kaiser Marc Aurel (121–180 n. Chr.) schreibt, er sei dem Schicksal dankbar, dass er bei seinen philosophischen Studien über das Verständnis der Natur nicht auf die Meteorologie geführt worden ist, die nach seiner Meinung sich im Irrationalen, also Unvernünftigen verlieren würde!

Trotz allem studierte sein Leibarzt Claudius Galenus (129–199 n. Chr.) die Temperatur des menschlichen Körpers und machte erste, rein qualitative Einteilungen von Wärme und Kälte, das heisst noch ohne Instrumente. Im 16. Jahrhundert entstanden die ersten Instrumente zur Messung und Bestimmung der Temperatur. Eines dieser Instrumente war das Thermoskop, das Galileo Galilei mit seinen Schülern entwickelte (siehe Abb. 1).

Flüssigkeiten bewegen sich

Es ist eine Glaskugel, an der ein Glasrohr angebracht ist, das in ein Auffanggefäss mündet. Im Glasrohr und im Auffanggefäss befindet sich eine farbige Sperrflüssigkeit. Dehnt sich die Luft in der Glaskugel durch Erwärmung aus, dann sinkt die Sperrflüssigkeit vom Glasrohr in das Auffanggefäss, beim Abkühlen steigt die Flüssigkeit wieder an. Erwärmung und Abkühlung wurden also rein qualitativ angezeigt. Temperaturskalen standen noch keine zur Verfügung.

Mit der Zeit merkten die Gelehrten, dass aber auch der Luftdruck beim Thermoskop eine Rolle spielte. Wenn der Luftdruck hoch war, drückte er die Flüssigkeit bei gleichbleibender Temperatur hinunter, bei einem tiefen Luftdruck stieg die Flüssigkeit in der Säule an. Das heisst: Diese Thermoskope waren eine Art Kombination von Thermometer und Barometer.

Galilei entdeckte später, dass sich die Dichte einer Flüssigkeit mit der Temperatur ändert. Kaltes Wasser ist dichter als warmes. Die grösste Dichte hat Wasser, wie wir schon wissen, bei plus 4 Grad Celsius. Wenn Salze im Wasser gelöst sind, verändern sie die Dichte ebenfalls.

Dekorative Thermometer

Heute wird dieses Dichteprinzip in sogenannten Galilei-Thermometern angewandt. Das sind Thermometer, die sich aber eher als Zimmerdekoration eignen. Die Thermometer bestehen aus einem Glaszylinder, der mit einer bestimmten Flüssigkeit gefüllt ist (zum Beispiel mit Alkoholen oder dünnflüssigen Ölen).

In der Flüssigkeit des Glaszylinders gibt es mehrere Auftriebskörper. Es sind kleine Ballone, die gefärbtes Wasser oder Alkohol enthalten und eine unterschiedliche Dichte aufweisen. Wenn nun die Umgebungstemperatur steigt, dann verändert sich die Dichte der Zylinderflüssigkeit und erzeugt bei Ballonen einen statischen Auf- oder Abtrieb. Die Glasballone sind dann so geeicht, dass man die Umgebungstemperatur am angehängten Metallplättchen des obersten Ballons abschätzen kann. Die Temperaturangaben sind nicht sehr genau, und das Thermometer ist meistens nur zwischen 18 und 25 Grad Celsius zu gebrauchen. Das Galilei-Thermometer ist aber in jedem Wohnraum ein Hingucker.

Diese ersten Thermoskope und Thermometer zur Temperaturbestimmung wurden durch sehr aufwendige Glasbläserarbeiten hergestellt. Die dazu infrage kommenden Glasbläser mussten äusserst geschickt, ja, eigentliche Künstler sein.

Ein Genie

Liest man die Geschichte von Galileo Galilei, dann war er ein italienischer Universalgelehrter. Er beherrschte Philosophie, Mathematik, Physik, Ingenieurwesen, Astronomie und Kosmologie. Galilei forschte und unterrichtete an den Universitäten von Padua, Florenz und Pisa und hatte einige Schüler, die selber später grosse Gelehrte und Entdecker wurden.

Wahre Meister

In der damaligen Republik Venedig, in der Galileo Galilei lebte, gab es berühmte Glasmanufakturen, denken wir nur an die Muranoglas-Manufaktur mit ihren berühmten Glasherstellern. Die manuell geschickten Glasbläser, die man auch «Virtuosi» nannte, arbeiteten vielfach mit den Gelehrten der Universitäten zusammen. Sie stellten ihnen Glasgefässe für Thermometer, Barometer, Kompasse und Sonnenuhren her und überraschenderweise auch schon geschliffene, optische Gläser für Fernrohre, Brillen und Lupen. Mit den ersten Fernrohren machte Galileo Galilei bahnbrechende Entdeckungen, wie zum Beispiel, dass die Mondoberfläche nicht glatt, sondern rau ist und die Sonne Flecken zeigte und so weiter.

Auch nördlich der Alpen gab es damals schon Instrumentenfachleute und geschickte Glasbläser. Man fand sie vor allem in den deutschen Städten Augsburg und Nürnberg, die Hochburgen der Glasherstellung und Glasbläserei waren. Erst später kamen auch London und Paris als Zentren der Instrumentenherstellung dazu, und hier genossen die norditalienischen Thermometer und die ganze Entwicklung der Thermometrie grosse Beachtung.

In ganz Europa

Die florentinischen Thermometer wurden nach und nach auch für die Meteorologie von Bedeutung. Ferdinand II. (1578–1637) war damals Kaiser des Heiligen Römischen Reichs. Er liess diese Thermometer zur Erprobung und täglichen Beobachtung an Klöster in der Toskana und an Städte in ganz Italien verteilen. Die Beobachter bekamen auch eine Art Anleitung und Formulare zur Aufzeichnung ihrer Messwerte mitgeliefert. Später verpflichtete man Klöster in Innsbruck, Warschau und Osnabrück zu solchen Messungen, und die mussten die Resultate nach Florenz zurückschicken.

So entstand ein erstes kleines meteorologisches Messnetz, in dem man ab 1657 auch den Luftdruck, die Luftfeuchtigkeit und die Wolkenbeobachtungen registrierte. Die Thermometerentwicklung blieb aber nicht stehen. Es fehlten ja vorerst noch Skalen, mit denen man quantitativ Temperaturwerte ermitteln und aufzeichnen konnte. Dazu dann im nächsten Beitrag mehr.

Mario Slongo ist ehemaliger DRS-Wetterfrosch. Einmal im Monat erklärt er in den FN spannende Naturphänomene. Weitere Beiträge unter: www.freiburger-nachrichten.ch