Urmeter

Kopie Nr. 27 des Urmeters von 1889 für die Vereinigten Staaten

Der Urmeter (französisch mètre des archives ‚Archivmeter‘) ist die bis 1960 gültige Maßverkörperung der Längeneinheit Meter. Bei der Einführung des Metrischen Einheitensystems wurde der Meter zunächst als zehn-millionster Teil des Viertels desjenigen Erdumfangs festgelegt, der Paris und den Nordpol berührt. Der Erdumfang wurde geodätisch vermessen und das Ergebnis auf den Abstand zweier Markierungen auf einem Metallstab übertragen. Dieser Metallstab wurde in der Folge zur Eichung von Messgeräten und Maßstäben für den täglichen Gebrauch und die Landesvermessung verwendet.

Der Begriff des Urmeters bezieht sich insbesondere auf das zweite Spezimen (Muster) von 1799, jenes Endmaß aus Platiniridium, das bis 1889 die Längeneinheit verkörperte. Vielfach wird aber auch der internationale Meterprototyp von 1889 als Urmeter bezeichnet.

Herstellung des ersten Urmeters

Am 26. März 1791 beschloss die verfassunggebende Versammlung in Paris auf Vorschlag der Académie des sciences (Akademie der Wissenschaften) die Einführung einer universellen Längeneinheit. Das neue, noch nicht „Meter“ genannte Längenmaß solle der zehnmillionste Teil des Erdmeridianquadranten (Strecke vom Pol zum Äquator) sein. Dazu sollte der Meridianbogen von Dünkirchen bis Barcelona von zwei französischen Astronomen, Jean-Baptiste Joseph Delambre und Pierre Méchain, neu vermessen werden, was sich allerdings in den Wirren der französischen Revolution bis 1798 hinzog. 1791 wurde ein anderer Definitionsvorschlag Talleyrands und Jeffersons, basierend auf einem Sekundenpendel, verworfen, da diese Methode von lokalen Unterschieden der Erdbeschleunigung beeinflusst worden wäre.

Am 1. August 1793, unter der Terrorherrschaft, wurde dieses Längenmaß – auf Vorschlag Bordas Meter genannt – im Nationalkonvent gesetzlich eingeführt, allerdings mit einem provisorischen Wert von 443,440 Pariser Linien, was knapp 1000,325 Millimetern entspricht. Auf Grundlage dieses Wertes wurde 1795 ein erster Messing-Prototyp hergestellt.

Das zweite, „definitive“ Urmeter

Nach Abschluss der Triangulationen zwischen Dünkirchen und Barcelona auf der Meridianexpedition wurde 1799 ein zweites sogenanntes definitives Urmeter als Endmaß aus Platin hergestellt und am 22. Juni 1799 im französischen Nationalarchiv in einem Stahlschrank verschlossen. Heute wird es in einem Tresor des Internationalen Büros für Maß und Gewicht (BIPM) in Sèvres bei Paris aufbewahrt. Seine Endflächen waren jedoch spätestens Anfang des 20. Jahrhunderts beschädigt.[1]

Allerdings ist dessen Genauigkeit – bezüglich des angestrebten zehnmillionsten Teils der Distanz vom Äquator zum Pol – mit definierten 443,296 Pariser Linien (entsprechend 1000,0001606 mm) – noch geringer als die des sogenannten „provisorischen Meters“, da diese Distanz nach dem WGS84 etwa 10001,966 km beträgt.[2]  Die Übernahme dieses Urmeters als Maßeinheit wurde am 20. Mai 1875 in der „internationalen Meterkonvention“ von siebzehn Staaten beschlossen.

Internationaler Meterprototyp von 1889 (drittes Urmeter)

Computergeneriertes Bild Internationaler Meterprototyp, Standardbarren aus Platin-Iridium. Dies waren die Längennormale bis 1960. (NIST)

Bisher hatte man Endmaße benutzt, u. a. weil sich diese leichter und genauer mit anderen Maßstäben abgleichen lassen. Dem steht der gravierende Nachteil gegenüber, dass die Endflächen beim Kopieren durch die Berührung mit Fühlhebeln oder dergleichen beschädigt werden können (wie es beim zweiten Urmeter geschehen war).[1] Als am 26. September 1889 das Urmeter von der Generalkonferenz für Maß und Gewicht durch einen Meterprototypen aus einer Legierung aus 90 % Platin und 10 % Iridium ersetzt wurde, ging man daher zu einem Strichmaß über. Auf diesem 102 cm langen Normal mit X-förmigem Querschnitt (20 mm × 20 mm) repräsentierten Strichgruppen die Länge von einem Meter. Definiert wurde er über den Abstand der Mittelstriche dieser Strichgruppen – aufgrund der Wärmeausdehnung des Materials bei einer Temperatur von 0 °C. Diese Längendefinition besaß eine Genauigkeit von 10−7 und war damit um drei Größenordnungen genauer als das Urmeter von 1799. Kopien dieses Meterprototyps wurden an die Eichinstitute in vielen Ländern vergeben.

Besitz offizieller Kopien des Prototyps von 1889 in Deutschland

Gleichzeitig mit dem Pariser Urmeter von 1889, sozusagen der Nummer Null, wurden noch dreißig nummerierte Kopien des dritten Urmeters hergestellt. Die Kopien, in Deutschland despektierlich auch „Knüppel“ genannt, wurden an die Mitgliedsstaaten verlost. Deutschland erhielt die Kopie Nr. 18. Da das Königreich Bayern 1870, noch vor der Reichsgründung, als eigenständiges Mitglied beigetreten war, nahm es auch an der Verlosung teil und erhielt die Kopie Nr. 7. Während des Dritten Reiches musste Bayern sein Exemplar an die Physikalisch-Technische Reichsanstalt (PTR) Berlin abgeben. Weil die meisten PTR-Laboratorien 1943 von Berlin vor allem nach Weida in Thüringen verlagert worden waren, blieben auch beide Spezimen zwischen 1949 und 1990 im Besitz der DDR. Da Westdeutschland nun ohne Prototyp dastand, erwarb es 1954 die Kopie Nr. 23 von Belgien, das auch zwei Kopien (für Flandern und Wallonien) erhalten hatte. Zwei der drei Exemplare (die Kopien Nr. 18 und 23) befinden sich heute in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig. Dort befand sich bis 2001 auch die Kopie Nr. 7, bevor sie an den Freistaat Bayern zurückgegeben wurde und seitdem im Bayerischen Landesamt für Maß und Gewicht in München aufbewahrt wird.

Ablösung des Urmeters

Mit dem Fortschritt der Messtechnik traten die Nachteile des Urmeters immer deutlicher zutage: Ein körperlicher Gegenstand ist nie ganz stabil, sondern verliert an Substanz. Messungen können den Gegenstand beschädigen und können auch nur dort stattfinden, wo er sich befindet.

Als unveränderliches, universell verfügbares Längennormal schlug Albert A. Michelson zu Beginn des 20. Jahrhunderts die Wellenlänge von Licht vor. In den 1950er Jahren wurde mit der Krypton-86-Lampe eine Lichtquelle von ausreichender Stabilität und Präzision verfügbar. Mit Bezug auf deren Wellenlänge wurde 1960 das Meter neu definiert.[3] Eine nochmalige Änderung gab es 1983, als die Lichtgeschwindigkeit zur Referenzgröße wurde.[4] Die neuen Definitionen wurden so gewählt, dass sie im Rahmen der Messgenauigkeit möglichst gut mit dem Urmeter übereinstimmten. Das Urmeter selbst hat seit 1960 keine Funktion als Normal mehr und ist nur noch von historischem Interesse.

Weblinks

WiktionaryWiktionary: Urmeter – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. a b Maße. In: Meyers Großes Konversations-Lexikon. 6. Auflage. Band 13. Bibliographisches Institut, Leipzig/ Wien 1908, S. 401–406 (zeno.org [abgerufen am 4. Juli 2018]).
  2. The Earth according to WGS 84. (Memento vom 24. Januar 2015 im Internet Archive) calculated by Sigurd Humerfelt.
  3. Resolution 6 of the 11th CGPM (1960). In: bipm.org. Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 22. Juni 2019 (englisch).
  4. Resolution 1 of the 17th CGPM (1983). In: bipm.org. Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 18. Juni 2019 (englisch).

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US National Length Meter.JPG
Closeup of National Prototype Meter Bar No. 27, made in 1889 by the International Bureau of Weights and Measures (BIPM) and given to the United States, which served as the standard for defining all units of length in the US from 1893 to 1960. In 1960 the SI changed the standard of length to define the meter by the wavelength of light of a spectral line of krypton 86. This bar is now in the collection of the NIST Museum, Gaithersburg, Maryland, USA. After the Treaty of the Meter had been signed in 1875, the BIPM in Sevres, France made 30 prototype standard bars of 90% platinum–10% iridium alloy. One of the bars was selected as the International Meter. Small elliptical areas on the upper surface of the central rib at each end of the bars were highly polished, and three lines, nominally 0.5 mm apart, were ruled on these surfaces, the distance between the middle lines of each group at the temperature of freezing water defining the meter. The bars had a modified X cross section named for the French scientist, Henri Tresca, who proposed it. The Tresca section was designed to provide maximum stiffness-to-weight ratio, reduce thermal accommodation time, and to enable the graduation lines to be located on the "neutral" axis of the bar, where change in length with flexure is minimum. After selecting the bar to be used as the International Prototype Meter, the other bars were calibrated relative to it and given to nations to serve as their national standards. The United States received National Prototype Meters No. 27 and No. 21 in 1890. The US adoption of the metric system in 1893 made the meter the fundamental length standard of the US, and No. 27 became the primary national standard for all length measurements. The relationship between No. 27 and the International Prototype Meter was certified to be 1 m − 1.6 µm + 8.657 µm·T + 0.001 µm·T2 ± 0.2 µm with T in degrees centigrade. Intercomparison between the International Meter and No. 27 yielded a probable error of ±0.04 µm. The probable uncertainty of the length of No. 27 at temperatures between 20°C and 25°C was estimated by BIPM to lie between ±0.1 µm and ±0.2 µm.
Platinum-Iridium meter bar.jpg
Computer generated image of International Prototype Metre bar, made of 90% platinum - 10% iridium alloy. This was the standard of length for the SI (Metric system) from 1889 until 1960, when the SI system changed to a new definition of length based on the wavelength of light emitted by krypton 86. The length of the metre was defined by the distance between two fine lines ruled on the central rib of the bar near the ends, at the temperature of freezing water. The bar was given an X (Tresca) cross-sectional shape to increase its stiffness-to-weight ratio, improve its thermal accommodation time, and so the graduation lines could be located on the "neutral" axis of the bar where the change in length with flexure is minimum. The prototype was made in 1889, its length made equal to the previous French standard "Metre of the Archives". Twenty-nine identical copies were made at the same time, which were calibrated against the prototype and distributed to nations to serve as national standards.
The main problem with defining the unit of length by an artifact such as a bar is that there is no foolproof way of detecting a change in its length due to age or misuse. It can be compared to other copies, but these themselves may have changed in length. This motivated the 1960 change to a definition based on light waves. The bar is now kept in the collection of the BIPM museum.