Illustration von Katherine Johnson und James Prescott Joule

J – Katherine Johnson und James Prescott Joule | Von A bis Z: 48 Forschende, die die Welt veränderten

Von LET’S TECH am 27.04.2021

Pioniere waren sie beide: Katherine Johnson in der Raumfahrt, James Prescott Joule in der Wärmelehre. Dabei arbeitete sie eigentlich als Lehrerin – und er als Bierbrauer. Hier erfährst du mehr darüber, wie die beiden schlussendlich doch in der Forschung landeten. Und wie du Katherine Johnson heute noch bei dir zuhause willkommen heißen kannst.
Illustration von Katherine Johnson
Und losgedüst! Bei Katherine Johnson ging es schon in der Schulzeit rasend schnell nach oben: Mit gerade einmal 18 Jahren hatte sie bereits zwei Bachelor-Abschlüsse.

Katherine Johnson: Mathematikerin und Raumfahrt-Pionierin

Katherine Johnson kam am 26. August 1918 in White Sulphur Springs, USA, unter dem Namen Katherine Coleman zur Welt. Ihre Eltern, eine ehemalige Lehrerin und ein Handwerker, legten großen Wert auf die Bildung ihrer Kinder. Obwohl das Bildungsangebot in ihrer Heimatstadt für afroamerikanische Personen damals nur sehr eingeschränkt war, verhalfen sie ihrer Tochter zu einer guten Ausbildung. 

Von der Schule in die Raumfahrt: Wie Katherine Johnsons Karriere bei der NASA begann

Katherine Johnson begeisterte sich schon früh für Mathematik und brachte in der Schule so gute Leistungen, dass sie mehrere Klassen übersprang. Schon mit zehn Jahren besuchte sie die Highschool, mit 18 Jahren schloss sie ihre Bachelorstudien in Französisch und Mathematik jeweils mit Auszeichnung ab.

Danach nahm Katherine eine Lehrstelle an einer öffentlichen Schule an und unterrichtete Mathematik und Französisch. Diese Tätigkeit übte sie einige Jahre lang aus, bis sie 1953 eine Stelle bei der NACA, der Vorgängerorganisation der NASA, als Rechnerin bekam. Ihr Job war es, Daten aus Windkanalexperimenten mit mathematischen Formeln zu berechnen und grafisch darzustellen.

Damals gab es in den USA die sogenannte Rassentrennung, weswegen die Mathematikerin und ihre afroamerikanischen Kolleginnen in eigenen Räumen arbeiten mussten, eigene Kantinen hatten und nur eigene Toiletten benutzen durften. Andere Abteilungen konnten sich Mathematikerinnen aus Katherine Johnsons Abteilung aber „ausleihen“, deswegen kam die Amerikanerin schon nach kurzer Zeit in die Abteilung für Flugforschung.

Trotz gesellschaftlicher Benachteiligung die Forschung vorantreiben? Das gelang auch Rosalind Franklin – ihre Leistungen blieben zu ihren Lebzeiten allerdings großteils unbeachtet. Hier erfährst du, wieso!

Ein beachtliches wissenschaftliches Erbe: Katherine Johnson war sogar an der Mondlandung beteiligt

1957 wurde der sowjetische Satellit „Sputnik“ ins All geschossen, und Katherine Johnsons berufliches Umfeld änderte sich schlagartig. Die NACA wurde 1958 zur NASA, und der Wettlauf ins All hatte begonnen. 1961 lieferte die Mathematikerin mit ihren Berechnungen einen wesentlichen Beitrag zum zweiten bemannten Flug in der Geschichte der Raumfahrt. In den darauffolgenden Jahren ermöglichte sie u.a. die erste Erdumrundung eines amerikanischen Astronauten, die Mondlandung und die sichere Rückkehr der Astronauten der gescheiterten Apollo-13-Mission.

Bis zu ihrer Pensionierung im Jahr 1986 war Katherine Johnson eine unverzichtbare Mitarbeiterin der NASA und beteiligte sich an diversen Projekten. Für ihre herausragenden Leistungen wurde sie vielfach ausgezeichnet, u.a. 2015 mit der Presidential Medal of Freedom, der höchsten Auszeichnung, die man als Zivilperson in den USA erhalten kann. 

Am 24. Februar 2020 verstarb Katherine Johnson im Alter von 101 Jahren. In so manchem Haushalt taucht sie wohl trotzdem noch auf: Im Rahmen der Serie „Inspirierende Frauen“ brachte Mattel eine Katherine-Johnson-Barbiepuppe heraus.

Fotografie von Katherine Johnson
Bei der NASA bis zur Pension: Dieses Foto zeigt Katherine Johnson im Jahr 1971 – sie würde noch 15 weitere Jahre für die Nasa tätig sein. | Quelle: Wikimedia – NASA (lizenzfrei)
Illustration von James Prescott Joule
Angst vor Blitz und Donner? Die kannte James Joule nicht einmal als Kind.

James Prescott Joule: Der Bierbrauer, der ein Physiker sein wollte

James Prescott Joule wurde am 24. Dezember 1818 in Salford, Großbritannien, als Sohn eines Brauereibesitzers geboren. Er war ein kränkliches Kind, deswegen wurde er nicht an eine Schule geschickt, sondern erhielt gemeinsam mit seinem älteren Bruder zu Hause Privatunterricht. Schon in jungen Jahren begeisterte sich James für Naturwissenschaft. So führte er auf eigene Faust verschiedene Experimente durch, die oft sehr gefährlich waren: Beispielsweise ließ er Drachen während Gewittern steigen und verlor einmal sogar seine Augenbrauen bei einem Experiment mit explosiven Stoffen.

Eine ungewöhnliche Laufbahn: Wie James Joule vom Bierbrauer zum Forscher wurde

1837, mit noch nicht einmal 20 Jahren, übernahm James Joule die Brauerei seines Vaters. Seine Forschungen wollte er aber nicht aufgeben, daher richtete er sich noch im selben Jahr im Keller ein Labor ein. Hier führte er verschiedene Experimente zur Elektrizität durch. Dabei untersuchte der Brite unter anderem die Wärmewirkung des Stroms, heute auch als „Joulesche Wärme“ bekannt.

1840 formulierte der Bierbrauer das erste Joulesche Gesetz. Er zeigte mit seinen Experimenten, dass Strom Wärme erzeugen kann und dass die durch einen Leiter erzeugte Wärme vom Widerstand und vom Strom abhängt. Diese Theorie wurde in wissenschaftlichen Kreisen zunächst nicht anerkannt, da die meisten Forschenden bis dahin annahmen, dass Wärme weder erzeugt noch zerstört werden könne.

Ein weiterer Grund, warum die Wissenschaftler James Joules Erkenntnisse nicht anerkennen wollten, war seine Ausbildung. Joule hatte nie studiert und verfügte in den Augen der anderen Wissenschaftler nicht über die nötigen Kenntnisse und Instrumente, um seine Experimente akkurat durchzuführen. Doch gerade sein beruflicher Hintergrund als Brauer kam dem Briten zugute: Da beim Bierbrauen die Temperatur eine große Rolle spielt, hatte er für die damalige Zeit sehr gute Messinstrumente zur Verfügung.

Forschung im Fokus: Wie James Joules trotz bahnbrechender Erkenntnisse in finanzielle Nöte kam

James Joule ließ sich von der Ablehnung nicht beirren und forschte weiter. Zwischen 1843 und 1845 wies er das mechanische Wärmeäquivalent nach, d.h. dass Wärme mithilfe eines fallenden Gewichts direkt erzeugt werden kann. 1847 wurden die Ideen des Bierbrauers endlich anerkannt. Heute bilden sie den Grundstein für das erste Gesetz der Thermodynamik, einen der wichtigsten physikalischen Grundsätze überhaupt.

Im gleichen Jahr freundete sich Joule mit William Thompson, auch bekannt als Lord Kelvin, an und führte ab da mit ihm Experimente durch. Die beiden zeigten 1852, dass ein Gas sich abkühlt, wenn es sich ungestört ausdehnen kann. Dieses Phänomen wird als Joule-Thompson-Effekt bezeichnet und bildet unter anderem die Grundlage für unsere Kühlschränke.

Nach und nach ging Joules Brauerei das Geld aus und er musste das Familienunternehmen verkaufen. Seine letzten Lebensjahre waren geprägt von finanziellen Schwierigkeiten und Krankheit. Am 11. Oktober 1889 verstarb der Brite nach langer Krankheit im Alter von 70 Jahren.

Porträt des James Joule von John Collier
Ein müder Blick: 1882 war James Joule schon fast am Ende seines Lebens angelangt – und plagte sich als alter Mann mit finanziellen Sorgen. | Quelle: Wikimedia (lizenzfrei)

Besser spät als nie: Nach seinem Tod wurde James Joule schliesslich gewürdigt

Obwohl James Prescott Joule nie einen akademischen Titel erlangte, wurde er für seine wissenschaftlichen Verdienste vielfach ausgezeichnet. Ihm zu Ehren heißt heute die Einheit der Energie, Arbeit und Wärmemenge Joule. Außerdem wurde ein Mondkrater nach ihm benannt, und in der Westminster Abbey in London gibt es ein Denkmal für ihn.

Quellenverzeichnis

National Aeoronautics and Space Administration (2018): Katherine Johnson Biography, [online] https://www.nasa.gov/content/katherine-johnson-biography [10.05.2019].

National Aeoronautics and Space Administration (2015): Katherine Johnson: The Girl Who Loved to Count, [online] https://www.nasa.gov/feature/katherine-johnson-the-girl-who-loved-to-count [10.05.2019].

Enceclopaedia Britannica (o.J.): Katherine Johnson, [online] https://www.britannica.com/explore/100women/profiles/katherine-johnson/ [10.05.2019].

Biography.com (2016): Katherine G. Johnson Biography, [online] https://www.biography.com/scientist/katherine-g-johnson [10.05.2019].

Europa-Universität Flensburg (o.J.): Biographie von James Prescott Joule, [online] https://www.uni-flensburg.de/fileadmin/content/projekte/satm/biografien/biografien-deu/joule-biografie-de.pdf [13.05.2019].

Enceclopaedia Britannica (o.J.): James Prescott Joule, [online] https://www.britannica.com/biography/James-Prescott-Joule [13.05.2019].

Science and Industry Museum (2019): James Joule: From Establishment Irritant to Honoured Scientist, [online] https://www.scienceandindustrymuseum.org.uk/objects-and-stories/james-joule [13.05.2019].

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