Im letzten Thema des Tages zur Geschichte der Meteorologie wurde die Hauptzeit der Renaissance beleuchtet. In dieser wurden erste meteorologische Instrumente entwickelt, welche die Anfänge der quantitativen Meteorologie darstellen. Dieser Teil der Serie setzt sich nun mit der Entwicklung der Meteorologie in der Spätrenaissance und dem Beginn des Zeitalters der Aufklärung auseinander.

Blicken wir noch einmal auf die von Galileo und Santorio angestoßene Entwicklung eines Vorläufers des Thermometers, die im letzten Teil (Teil 6) der Serie „Geschichte der Meteorologie“ behandelt wurde. Diese wurde auch auf deutschem Boden vorangetrieben. Im Jahr 1643 veröffentlichte der Universalgelehrte Athanasius Kircher (1602–1680) aus Hessen ein Buch mit dem Titel „Magnes, sive de arte magnetica“, in dem er verschiedene Arten von Instrumenten erwähnt, die die übliche Form von Luft-Wasser-Thermoskopen aufweisen. Er beschrieb jedoch ein originelles Modell, bei dem ein vertikales Rohr in einen halb mit Wasser gefüllten, geschlossenen Kolben eintaucht. Wenn die im oberen Teil des Kolbens eingeschlossene Luft erwärmt wird, dehnt sie sich aus, und der Druck treibt die Flüssigkeit im Rohr nach oben. Damit näherte sich die Entwicklung des Thermometers an die Form an, die das Wasser- oder Spiritusthermometer annehmen wird.

Der französische Philosoph, Mathematiker und Naturwissenschaftler René Descartes (1596–1650) beschrieb um das Jahr 1631 ein Experiment zur Bestimmung des Luftdrucks, baute jedoch keine Vorrichtung, um das Experiment durchzuführen. In „Les Météores“ („Meteorologie“, ein Aufsatz, der 1637 in seinem Buch „Discours de la Méthode“ veröffentlicht wurde) stellte er die Hypothese auf, dass Wasserdampf eine eigenständige Substanz in der Luft sei, die aus winzigen Partikeln bestehe, die durch eine hochverdünnte „feinstoffliche Materie“ voneinander getrennt seien. Descartes war der Erste, der weißes Licht beim Übergang von einem Medium wie Luft in ein anderes wie Glas in seine Farbkomponenten zerlegte. In „Les Météores“ erörterte er diese Lichtbrechung anhand der Beschreibung eines Experiments, bei dem er feststellte, dass die zerlegten Farben so angeordnet waren, dass Rot stets auf der einen Seite und Blau oder Violett auf der anderen Seite erschienen. Er bediente sich einer Strahlverfolgungstechnik, um die Entstehung und Struktur des Regenbogens zu erklären.

Der Mathematiker Evangelista Torricelli (1608–1647) aus der Romagna war Galileos bedeutendster Schüler und trat dessen Nachfolge als Professor für Mathematik in Florenz an. Sein Werk „Lezioni Accademiche“ (Florenz, 1715), das fast 70 Jahre nach seinem Tod erschien, enthält seine Vorlesungen zu Problemen der Mechanik, Physik, Meteorologie und Militärarchitektur. Von besonderem Interesse sind die Vorlesungen über Stoßkräfte und über den Wind. Torricelli stellte die moderne Theorie auf, dass Winde durch Unterschiede in der Lufttemperatur entstehen. Galileos offen gebliebene Frage, warum Wasser nicht höher als 32 Fuß (10 m) über den Pegel eines Wasserbeckens gepumpt werden konnte, führte Torricelli weiter. Zu diesem Zweck bauten er und sein Schüler Vincenzo Viviani (1622–1703) 1643 ein recht unpraktisches Wasserbarometer, das ein mit etwa 18 Meter sehr langes und unhandliches Glasrohr erforderte. Durch den Ersatz durch Quecksilber, das bei Raumtemperatur flüssig und etwa 14-mal dichter als Wasser ist, gelang es Torricelli, die Länge des Barometerrohrs auf etwa 90 cm zu reduzieren. Sein Gerät bestand aus einem langhalsigen Glasrohr mit einem geschlossenen, bauchigen Ende. Die Röhre wurde mit Quecksilber gefüllt und dann in eine ebenfalls mit Quecksilber gefüllte Schale gestürzt. Anstatt vollständig aus der Röhre zu fließen, sank die Höhe der Quecksilbersäule auf etwa 76 cm und blieb dann relativ konstant, wobei sie nur um wenige Prozent schwankte.

Seite des Werks „Lezioni Accademiche“ mit Darstellung eines Barometers von Torricelli, 1715, Florenz, Quelle: Library of Congress, Washington, D.C., über Wikimedia Commons

Heute wissen wir, dass diese Schwankungen teils auf Temperaturänderungen und teils auf Änderungen des Luftdrucks über dem Instrument zurückzuführen waren. Torricelli war aufgrund dieser Ergebnisse davon überzeugt, dass die Luft über dem Barometer ein Gewicht haben und somit Druck ausüben müsse und dass es dieser Druck sei, der das Quecksilber im Barometerrohr nach oben drücke. Er glaubte auch, dass der Raum über dem Quecksilber, der durch dessen Absinken aus dem Kolben am oberen Ende des Rohrs entstand, ein echtes Vakuum sein müsse. Torricelli wird allgemein die Erfindung des Quecksilberbarometers im Jahr 1644 zugeschrieben. Sein Barometer verfügte jedoch über keine Skala und eignete sich daher eher für qualitative als für quantitative Messungen. René Descartes versah das Druckrohrbarometer 1647 bereits mit einer Skala.

Der Politiker, Physiker und Erfinder Otto von Guericke (1602–1686) aus dem Erzbistum Magdeburg war inspiriert von den Arbeiten Torricellis und Galileos. Er stellte ebenfalls die These auf, dass Luft ein Gewicht habe und daher einen Druck ausübe, und dass beides messbar sei. Zu diesem Zweck konstruierte er etwa zur gleichen Zeit und wahrscheinlich unabhängig von Torricellis Erfindung des Quecksilberbarometers im Jahr 1644 ein Wasserbarometer. Vor seinem Haus errichtete von Guericke ein etwa 10 Meter hohes Messingrohr, an dessen oberem Ende sich ein transparenter, verschlossener und evakuierter Glasabschnitt befand. Dies war sein Wasserbarometer. An der Wasseroberfläche im Inneren des Rohrs schwamm eine kleine Holzpuppe, die bei schönem Wetter aufgrund des steigenden Luftdrucks mit dem Wasserstand anstieg und durch das Glas sichtbar wurde. Umgekehrt sank sie bei Tiefdruck und schlechtem Wetter bis zur Unsichtbarkeit ab. Er versuchte, anhand der Informationen seines Barometers Wettervorhersagen zu erstellen und setzte seine Forschungen zum Luftdruck und zu den Eigenschaften des Vakuums fort. Von Guericke experimentierte auch mit der Erzeugung künstlicher Wolken, indem er Luft aus einem Kolben in einen anderen leitete, aus dem zuvor die Luft abgesaugt worden war. In dem ersten Kolben bildete sich daraufhin Nebel, der auf die Kondensation infolge des sinkenden Drucks in diesem Kolben zurückzuführen war. Er kam zu dem Schluss, dass Luft nicht in Wasser umgewandelt werden kann, obwohl Feuchtigkeit in die Luft gelangen und später wieder zu flüssigem Wasser kondensieren kann.

Der französische Wissenschaftler, Mathematiker und Philosoph Blaise Pascal (1623–1662) interessierte sich für die Erforschung von Flüssigkeiten. Dies veranlasste ihn, ein Experiment mit einem Barometer zu entwerfen, ähnlich dem, das Torricelli 1644 erfunden hatte. Bei diesem Experiment, das 1648 durchgeführt wurde, wurde der Quecksilberstand in einem mit einer Skala versehenen Barometer am Fuße des Puy de Dôme im Zentralmassiv gemessen und erneut am Gipfel, etwa 1000 Meter (3300 Fuß) höher. Der Bericht von Florin Périer (1605–1672), der das Experiment nach Pascals brieflichen Vorschriften durchführte, hielt fest, dass das Quecksilber am Fuße des Berges eine Höhe von 26 Zoll und 3,5 Linien erreichte, während es oben nur 23 Zoll und 2 Linien waren. Dies bedeutete, dass der von der Atmosphäre ausgeübte Druck mit zunehmender Höhe abnahm, was mit der Vorstellung übereinstimmte, dass der Druck auf das Gewicht der Atmosphäre in der Säule über dem Barometer zurückzuführen war.

Der Astronom Giovanni Domenico Cassini (1625–1712) aus dem Herzogtum Savoyen beschäftigte ich neben astronomischen Themen auch mit Hydraulik und Flussregulierung und untersuchte mehrere Hochwasser des Flusses Po.

Der Großherzog der Toskana Ferdinand II. de‘ Medici (1610–1670) förderte 1654 das erste Wetterbeobachtungsmessnetz, das aus Wetterstationen in Florenz, Cutigliano, Vallombrosa, Bologna, Parma, Mailand, Innsbruck, Osnabrück, Paris und Warschau bestand. Gemessen wurde die Temperatur mit zwei Thermometern, eines nördlich und eines südlich ausgerichtet, der Luftdruck, die Luftfeuchte, der Bewölkungszustand und die Windrichtung. Die gesammelten Daten wurden in regelmäßigen Abständen zentral an die Accademia del Cimento (Akademie des Experiments) in Florenz übermittelt. 1667 endete die Messreihe, da die Accademia del Cimento eingestellt wurde.

Der irische Naturforscher Robert Boyle (1627–1692) war einer der Ersten, der das Potential eines Quecksilberbarometers nach Art von Torricelli für die Erforschung der Eigenschaften der Luft erkannte. Er baute seine eigenen Quecksilberbarometer und scheint der Erste gewesen zu sein, der den Begriff „Barometer“ verwendete. Zusammen mit Robert Hooke (siehe unten) beschäftigte er sich mit der Physik der Gase. Nachdem sie von von Guerickes Arbeiten mit Luftpumpen gelesen hatten, bauten Boyle und Hooke eine verbesserte Version, die Boyle ab 1659 nutzte, um eine Reihe von Experimenten zu den Eigenschaften der Luft durchzuführen. Er veröffentlichte 1660 einen Bericht über diese Arbeiten unter dem Titel „New Experiments: Physico-Mechanical Touching the Spring of Air and its Effects“. Boyle leitete den Bau des ersten in England hergestellten versiegelten Thermometers, und seine damit durchgeführten Experimente wurden 1665 in seiner Abhandlung „New experiments and observations touching cold, or an experimental history of cold“ beschrieben. Boyle ist vor allem für seine Formulierung eines allgemeinen Gasgesetzes aus dem Jahr 1662 bekannt, die allgemein als Boylesches Gesetz bezeichnet wird. Es besagt, dass bei konstanter Temperatur das Volumen eines idealen Gases umgekehrt proportional zum Druck ist. Die reale Atmosphäre folgt diesem Gesetz mit guter Annäherung.

Der niederländische Astronom, Mathematiker und Physiker Christiaan Huygens (1629–1695) gelangte zu der Erkenntnis, dass Temperaturmessungen mit Thermometern nur dann sinnvoll sind, wenn sie anhand einer festgelegten Skala vorgenommen werden. Huygens schlug 1665 eine Thermometerskala vor, die zwei feste Punkte aufweisen sollte: den Gefrier- und den Siedepunkt von Wasser. Die heute genutzte Celsius-Skala hat genau diese beiden Bezugspunkte.

Der englische Philosoph und Mediziner John Locke (1632–1704) begann 1666 mit der Führung seines eigenen Wettertagebuchs und führte es, wenn auch mit einigen Lücken, bis 1703 fort. Er ging diese Aufgabe im Allgemeinen mit Begeisterung an, da er der Überzeugung war, dass die regelmäßige Erfassung meteorologischer Daten zum Verständnis von Wetterphänomenen beitragen würde. So gelang es ihm beispielsweise in den ersten sechs Monaten seines Aufenthalts in Oxford, fast täglich mindestens zwei Messwerte seines Thermometers, Barometers und Windmessers zu notieren.

Der englische Astronom und Architekt Sir Christopher Wren (1632–1723) schuf erste Entwürfe für einen Regenmesser und eine automatische Wetterstation. In den 1660er und 1670er Jahren experimentierte er mit einem Schwingflügel-Anemometer, wie es Alberti 1450 erfunden hatte, mit einem Gerät zur Messung der Luftfeuchtigkeit, mit „Wettergläsern“ (kleinen offenen Wasserbarometern) und mit Quecksilberbarometern nach Torricelli. 1662 konstruierte er, wahrscheinlich in Zusammenarbeit mit Robert Hooke, auch einen Kippkasten-Regenmesser zur Erfassung von Niederschlagsmengen. Dies stellte den frühesten englischen Regenmesser und den ersten mechanischen Regenmesser, der sich selbst entleert, dar. Wren arbeitete weiter an der Verfeinerung seiner Idee eines Geräts, das er „Wetteruhr“ nannte und das Wetter automatisch aufzeichnen sollte. Er stellte sein Konzept im Dezember 1663 der Royal Society in einer Abhandlung mit dem Titel „Beschreibung einer Wetteruhr“ vor. Zusammen mit Hooke (siehe unten) konnte 1669 ein erstes funktionierendes Modell fertig gestellt werden, das als „Weather Wiser“ bekannt wurde und von Hooke gebaut wurde. Es ist interessant festzustellen, dass Wrens Vorstellung von einer automatischen Wetteraufzeichnung den Gedanken, dass menschliche Beobachter das Wetter regelmäßig beobachten und aufzeichnen könnten, völlig außer Acht ließ. Wren erkannte, dass Wetterbeobachtungen potentiell zur Wettervorhersage genutzt werden könnten, und stellte der Royal Society 1679 eine mögliche Methode dafür vor.

Der englische Naturwissenschaftlicher, Ingenieur und Universalgelehrte Robert Hooke (1635–1703) studierte zunächst die Eigenschaften von Gasen und experimentierte zusammen mit Boyle an Barometern. In seiner Zeit an der Royal Society of London zwischen 1662 und 1680 arbeitete er an einer Vielzahl von Verbesserungen an meteorologischen Messinstrumenten, oft in Zusammenarbeit mit Wren. Hooke entwickelte das „Radbarometer“, ein Quecksilberbarometer nach dem Prinzip von Torricelli, das mit einem von Hooke entworfenen mechanischen Gestänge ausgestattet war, um selbst kleinste Schwankungen des Quecksilberstands zu verstärken. Diese Schwankungen wurden durch die Bewegung einer Skala auf dem „Rad“ angezeigt. 1667 konstruierte Hooke eine andere Art von Windmesser, einen sogenannten Druckplatten-Windmesser: Um die Geschwindigkeit der Luft oder des Windes zu messen und dessen Stärke zu ermitteln, wurde durch vier an einer Achse befestigten Flügel erreicht, die sehr leicht und beweglich waren. Hooke konstruierte das erste praxistaugliche Hygrometer zur Messung der Luftfeuchtigkeit, basierend auf seiner Beobachtung, dass sich die Haare eines Ziegenbartes im trockenen Zustand krümmen und im feuchten Zustand wieder gerade richten.

Radbarometer, Hygrometer und Windmesser von 1663, Robert Hooke (Quelle: „The history of the Royal Society of London, for the improving of natural knowledge”, Thomas Sprat (1635–1713), 1667, London, über Wikimedia Commons)

1663 stellte Hooke der Royal Society eine umfassende Anleitung zur Durchführung von Wetterbeobachtungen vor und empfahl, ein nationales oder internationales Netz von Stationen einzurichten, um Wetterbeobachtungen nach einem einheitlichen Standard mit kalibrierten Instrumenten durchzuführen. Um 1669 präsentierte Hooke der Royal Society eine funktionsfähige Version von Wrens Wetteruhr, bekannt als „Weather Wiser“. Das „Weather Wiser“-Gerät verfügte über einen Kippkasten-Regenmesser von Wren und verwendete Auslösehämmer, um auf einer rotierenden Trommel Papierstreifen mit fortlaufenden Messwerten zu Druck, Temperatur, Niederschlag, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Windrichtung zu markieren. Es handelte sich dabei tatsächlich um die weltweit erste automatische Wetterstation.

Wetteruhr von Robert Hooke (Quelle: The fathers of scientific meteorology –Boyle, Wren, Hooke and Halley: Part 2. Weather, 58: 135-139, Maurice Crewe, 2003, über Royal Meteorological Society, Reading, Vereinigtes Königreich)

Hooke erkannte, dass es möglich sein könnte, anhand von tabellarisch erfassten täglichen Wetterdaten Vorhersagen zu erstellen, insbesondere wenn diese Daten von mehreren Stationen eines Netzwerks stammten. Wren stellte der Royal Society 1679 hierfür bereits eine mögliche Methode vor (siehe oben). Aufgrund seiner gesamten meteorologischen Arbeit, insbesondere seiner Entwicklung meteorologischer Messgeräte und seiner vorausschauenden Empfehlung, regelmäßige Wetterbeobachtungen nach einheitlichen Standards in einem Netz von Beobachtungsstationen durchzuführen, wird Hooke als „Vater der wissenschaftlichen Meteorologie“ bezeichnet.

Lesen Sie im nächsten Teil der Serie „Geschichte zur Meteorologie“ unter anderem von Verbesserungen meteorologischer Messgeräte durch neue Erkenntnisse sowie die zeitweise Umsetzung des oben erwähnten Gedankens eines meteorologischen Messnetzes.

Dipl.-Met. Markus Eifried
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 25.05.2026
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