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- Herausgeber: Dorling Kindersley Verlag
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
"In diesem innovativen Astronomie-Buch werden astronomische Theorien, die Geschichte der Raumfahrt und über 100 zentrale Ideen der Astronomie galaktisch-gut erklärt. Schritt-für-Schritt-Diagramme, witzige Illustrationen und tolle Fotografien visualisieren komplexe Sachverhalte anschaulich und verständlich. Außerdem machen Sie Bekanntschaft mit den berühmtesten Wissenschaftlern des Universums! Einsteins Relativitätstheorie durchschauen, die Geheimnisse schwarzer Löcher ergründen, den Urknall verstehen und die Biografie von Stephen Hawking kennen lernen: Jeder, der die Wissenschaft hinter Sternen, Planeten oder dem Sonnensystem begreifen will, braucht dieses ausgezeichnete Astronomie-Buch. Es blickt in den Himmel und lädt dazu ein, den Weltraum genau zu betrachten und gedanklich auf der Milchstraße spazieren zu gehen. In den sieben großen Kapiteln des Astronomie-Buchs – vom Mythos der Wissenschaft bis zum Triumph der Technologie – wird es spannend. Die bekanntesten Astronomen der Geschichte begleiten auf der rasanten Reise durch die Galaxie. Blicken Sie durch Ihr Teleskop und entdecken Sie die Weiten des Kosmos!"
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Seitenzahl: 520
Veröffentlichungsjahr: 2021
Ähnliche
INHALT
EINLEITUNG
VOM MYTHOS ZUR WISSENSCHAFT
600 V. CHR. –1550 N. CHR.
Tatsächlich – die Erde bewegt sich nicht
Das geozentrische Weltbild
Die Erde umläuft die Sonne auf einer kreisförmigen Bahn
Das frühe heliozentrische Weltbild
Die Äquinoktien – sie wandern
Die Positionen der Sterne verändern sich
Die Helligkeit des Monds wird durch die Strahlung der Sonne erzeugt
Theorien über den Mond
Alles ist wichtig, wenn es um Theorien über den Kosmos geht
Das Wissen verfestigt sich
Die fixen Sterne wandern scheinbar nach Westen
Die Erdrotation
Eine kleine Wolke am Nachthimmel
Die Kartierung von Galaxien
Ein neuer Kalender für China
Das Sonnenjahr
Wir haben alle Sterne in Ptolemäus’ Katalog revidiert
Verbesserte Instrumente
Wir müssen die Sonne ins Zentrum stellen
Das kopernikanische Weltbild
DIE TELESKOPREVOLUTION
1550–1750
Tychos ungewöhnlicher Stern
Das Tycho’sche Modell
Ein veränderlicher Stern – Mira Ceti
Ein neuer Sterntyp
Am besten passt eine Ellipse
Elliptische Umlaufbahnen
Unsere Augen machen uns auf vier Sterne aufmerksam, die den Jupiter umkreisen
Galileos vortreffliche Teleskope
Ein kreisrunder Fleck mitten auf der Sonne
Der Transit der Venus
Neue Monde im Saturnorbit
Die Beobachtung der Saturnringe
Gravitation erklärt die Bewegung der Planeten
Die Gravitationstheorie
Ich wage die Vorhersage, dass der Komet 1758 erneut auftauchen wird
Der Halley‘sche Komet
Diese Entdeckungen sind die Sensation des Jahrhunderts
Sternaberration
Ein Katalog des südlichen Himmels
Die Kartierung des Südhimmels
URANUS UND NEPTUN
1750–1850
Da er sich fortbewegte, dachte ich, es wäre ein Komet
Beobachtung des Uranus
Die Helligkeit des Sterns hat sich verändert
Veränderliche Sterne
Die Milchstraße entspricht einer Wohnung, die Nebel sind die Städte
Messier-Objekte
Über die Konstruktion des Himmels
Die Milchstraße
Felsbrocken aus dem All
Planetoiden und Meteoriten
Die Mechanik des Himmels
Gravitative Bahnstörungen
Ich vermute, dass es etwas Besseres ist als ein Komet
Die Entdeckung von Ceres
Übersicht über den Nachthimmel
Die südliche Hemisphäre
Scheinbare Bewegungen der Sterne
Sternparallaxen
Sonnenflecken unterliegen Zyklen
Die Oberfläche der Sonne
Spiralförmige Strukturen werden aufgespürt
Die Untersuchung von Nebeln
Der Planet, auf dessen Position hingewiesen wurde, existiert wirklich
Die Entdeckung von Neptun
AUFSTIEG DER ASTROPHYSIK
1850–1915
In der Sonnenatmosphäre wird Natrium entdeckt
Das Spektrum der Sonne
Sterne gemäß ihren Spektren einstufen
Sternenlicht analysieren
Enorme Massen an leuchtenden Gasen
Eigenschaften von Nebeln
Das Gelb der Sonne ist anders als das terrestrischer Flammen
Die Emissionen der Sonne
Mars ist von einem dichten Netzwerk aus Kanälen durchzogen
Die Marsoberfläche kartieren
Die Sterne fotografieren
Astrofotografie
Eine akribische Katalogisierung der Sterne
Der Sternkatalog
Die Einteilung der Sterne gemäß ihren Spektren verrät ihr Alter und ihre Größe
Die Eigenschaften der Sterne
Es gibt zwei Arten roter Sterne
Absorptionslinien analysieren
Sonnenflecken sind magnetisch
Die Eigenschaften von Sonnenflecken
Schwierige Entfernungsmessungen im Universum
Die Vermessung des Universums
Sterne: entweder Zwerge oder Riesen
Verfeinerung der Sternklassifikation
Durchdringende Strahlung aus dem Weltraum
Kosmische Strahlung
Weiß, heiß, aber nicht sehr hell
Die Entdeckung der Weißen Zwerge
ATOME, STERNE UND GALAXIEN
1915–1950
Zeit, Raum und Gravitation sind nicht von Materie zu trennen
Die Relativitätstheorie
Schwarzschild löst Einsteins Feldgleichungen
Schwarze Löcher krümmen die Raumzeit
Spiralnebel sind Sternensysteme
Spiralgalaxien
Sterne bestehen vor allem aus Helium und Wasserstoff
Die Zusammensetzung der Sterne
Unsere Galaxie rotiert
Die Form der Milchstraße
Ein langsamer Prozess der Materievernichtung
Kernfusion in den Sternen
Ein Tag ohne gestern
Die Geburt des Universums
Das Universum expandiert in alle Richtungen
Jenseits der Milchstraße
Weiße Zwerge haben eine enorme Masse
Der Lebenszyklus der Sterne
Das Radiouniversum
Radioastronomie
Der explosive Übergang zum Neutronenstern
Supernovae
Die Energiequelle der Sterne: Kernfusion
Erzeugung von Energie
Jenseits der Planeten gibt es noch sehr viele Kometen
Der Kuiper-Gürtel
Manche Galaxien haben in ihren Zentren aktive Kerne
Galaxienkerne und Strahlung
Das Material von Erde und Mond ähnelt sich sehr
Der Ursprung des Monds
Entdeckungen werden künftig mit im Weltall basierten Teleskopen gemacht
Weltraumteleskope
In knapp einer Stunde entstanden erste Atomkerne
Das Uratom
Sterne – Fabriken der chemischen Elemente
Die Nukleosynthese
Stätten der Sternengeburt
Dichte Molekülwolken
NEUE FENSTER ZUM UNIVERSUM
1950–1975
Eine Wolke umgibt das Sonnensystem
Die Oort’sche Wolke
Kometen sind schmutzige Schneebälle
Die Zusammensetzung von Kometen
Der Weg zu den Sternen öffnet sich
Der Flug von Sputnik
Die Suche nach interstellarer Kommunikation
Radioteleskope
Meteoriten verdampfen beim Einschlag
Die Erforschung von Impaktkratern
Die Sonne schwingt wie eine Glocke
Die Vibrationen der Sonne
Röntgenstrahlen, die von außerhalb des Sonnensystems zu kommen scheinen
Kosmische Röntgenstrahlung
Heller als eine Galaxie, ansonsten eher ein Stern
Quasare und Schwarze Löcher
Leiser Nachhall unseres eruptiven Beginns
Die Suche nach dem Urknall
Die Suche nach außerirdischer Intelligenz ist die Suche nach uns selbst
Leben auf anderen Planeten
Es musste eine neue Art von Stern sein
Quasare und Pulsare
Galaxienwandel im Lauf der Zeit
Sternentwicklung verstehen lernen
Wir wollten einfach zum Mond
Der Wettlauf im All
Die Planeten entstanden aus einer Scheibe aus Gas und Staub
Die Nebularhypothese
Solare Neutrinos kann man nur mit größtem Aufwand detektieren
Das Homestake-Experiment
Ein Stern, den wir nicht sehen können
Die Entdeckung der Schwarzen Löcher
Schwarze Löcher strahlen
Die Hawking-Strahlung
TRIUMPH DER TECHNOLOGIE
1975–GEGENWART
Die Grand Tour zu den großen Planeten
Die Erforschung des Sonnensystems
Das Meiste des Universums fehlt
Die Dunkle Materie
Negativer Druck erzeugt abstoßende Schwerkraft
Kosmische Inflation
Galaxien scheinen sich auf den Oberflächen blasenförmiger Strukturen zu befinden
Rotverschiebungs-Durchmusterungen
Sterne entstehen von innen nach außen
Im Inneren riesiger Molekülwolken
Falten in der Zeit
Die Beobachtung der CMB
Den Kuiper-Gürtel gibt es wirklich
Entdeckungen jenseits des Neptun
Die meisten Sterne haben Planeten
Exoplaneten
Die anspruchsvollste Karte des Universums aller Zeiten
Eine digitale Darstellung des Kosmos
Im Zentrum unserer Galaxie sitzt ein massives Schwarzes Loch
Das Herz der Milchstraße
Die kosmische Expansion nimmt Fahrt auf
Die Dunkle Energie
13,5 Milliarden Jahre zurückgeblickt
Die Erforschung entfernter Sterne
Die Mission: eine Landung auf einem Kometen
Kometen verstehen lernen
Die gewaltsame Geburt des Sonnensystems
Das Nizza-Modell
Nahaufnahme eines Außenseiters im Sonnensystem
Die Erforschung des Pluto
Ein Labor auf dem Mars
Die Erforschung des Mars
Mit Adleraugen den Himmel beobachten
Tief in den Himmel geblickt
Gekräuselte Raumzeit
Gravitationswellen
WEITERE ASTRONOMEN
GLOSSAR
DANK UND BILDNACHWEIS
EINLEITUNG
Im Lauf ihrer Geschichte verfolgte die Astronomie stets ihr wichtigstes Ziel: nämlich das Universum zu erklären. In der Antike fragten sich Astronomen, wie und warum die Planeten sich vor den Hintergrundsternen bewegten, was es mit den rätselhaften Kometen auf sich hatte und warum die Sterne so weit weg waren. Heute hat sich der Schwerpunkt verlagert und man fragt sich, wie das Universum begann, wie es aufgebaut ist und wie es sich veränderte. Auch die Frage nach der Art und Weise, in der die Bestandteile des Universums – Galaxien, Sterne und Planeten – in das größere Bild passen, und ob es irgendwo »da draußen« Leben gibt, will beantwortet werden.
Astronomie verstehen
Stets haben alltägliche, oft verwunderte Äußerungen Forscher dazu angeregt, der Sache auf den Grund zu gehen. Seit Jahrtausenden inspirierten diese Fragen neugierige und kreative Köpfe, was in den Bereichen der Philosophie, Mathematik, Technik und Beobachtungsmethodik zu wegweisenden Fortschritten führte. Kaum scheint ein neuer Durchbruch beispielsweise die Gravitationswellen zu erklären, wirft eine weitere Entdeckung neue Fragen auf. Auch wenn wir meinen, die uns bekannten Bestandteile des Universums, die sich in Teleskopen und Detektoren zeigen, ergründet zu haben, so ist doch eine der größten Entdeckungen das, was wir überhaupt nicht verstehen: dass mehr als 95 % der Materie des Universums in Form von »Dunkler Materie« und »Dunkler Energie« existiert.
Ursprünge der Astronomie
In den dicht besiedelten Weltregionen können wir den Nachthimmel mittlerweile kaum noch wahrnehmen, weil künstliches Licht das schwache Sternenlicht überstrahlt. Diese Lichtverschmutzung ist seit Mitte des 20. Jahrhunderts förmlich explodiert. Früher hingegen waren Sternbilder, Mondphasen und die Konstellationen der Planeten ein vertrauter Teil unseres Alltags.
Die meisten Menschen sind tief bewegt, wenn sie in einer dunklen Nacht zum ersten Mal einen klaren Himmel erleben und zu dem magischen Bogen der Milchstraße emporblicken. So wurden auch unsere Vorfahren auf ihrer Suche nach Sinn und Ordnung am Himmel von einer Mischung aus Ehrfurcht und Neugier getrieben. Das Geheimnis und die Größe des Himmels vermuteten sie im Geistigen und Göttlichen. Gleichzeitig gab jedoch die Regelmäßigkeit sich wiederholender Himmelskörperzyklen erste Hinweise darauf, dass ein geregelter Zeitablauf dahinterstand.
Die Archäologie führt reichlich Beweise an, dass auch in prähistorischen Zeiten astronomische Phänomene eine kulturelle Ressource für Gesellschaften auf der ganzen Welt waren. Wo es keine schriftlichen Aufzeichnungen gab, können wir über das Wissen und den Glauben, die frühen Gesellschaften zu eigen waren, nur spekulieren.
Die ältesten astronomischen Aufzeichnungen stammen aus Mesopotamien, dem Einzugsbereich der Flüsse Tigris und Euphrat im heutigen Irak und seinen Nachbarländern. Tontafeln, die mit solchen Informationen versehen sind, stammen aus der Zeit um 1600 v. Chr. Allerdings gehen einige der Sternenkonstellationen, die wir heute kennen, auf Mythen Mesopotamiens zurück, die noch einige Jahrhunderte älter sind.
»Die Philosophie ist in dieses große Buch des Universums hineingeschrieben, das für unseren Blick immer offen steht.«
Galileo Galilei
Astronomie und Astrologie
Die Babylonier beschäftigten sich viel mit Weissagungen. Für sie waren die Planeten Offenbarungen der Götter. Das geheimnisvolle Kommen und Gehen der Planeten und andere ungewöhnliche Geschehnisse am Himmel waren göttliche Zeichen. Diese interpretierten die Babylonier als das, was sie aus Erfahrung kannten. Aus ihrer Sicht waren detaillierte Langzeit-Aufzeichnungen notwendig, um eine Verbindung zwischen dem Himmlischen und dem Irdischen herzustellen – und so begann man im 6. Jh. v. Chr. damit, mit Horoskopen zu arbeiten. Diagramme zeigten, wo zu einer bestimmten Zeit – etwa an jemandes Geburtstag – Sonne, Mond und Planeten vor der Kulisse des Tierkreises erschienen.
Etwa 2000 Jahre lang gab es zwischen der Astrologie, die aus den Positionen der Himmelskörper auf den Verlauf des Lebens und auf die Geschichte eines Menschen schloss, und der Astronomie, auf die sie sich stützte, wenig Unterschiede. Die Bedarfe der Astrologie rechtfertigten die Himmelsbeobachtung. Mitte des 17. Jahrhunderts löste sich die Astronomie als Wissenschaft von der Astrologie – und heute lehnen Astronomen die Astrologie gänzlich ab, weil diese wissenschaftlich irrelevant ist. Dennoch sollten sie den alten Astrologen dankbar dafür sein, dass sie ihnen einen derart wertvollen historischen Schatz vererbt haben.
Zeit und Gezeiten
Die astronomischen Beobachtungen, die einst der Astrologie dienten, gewannen als Mittel der Zeitmessung und Navigation zunehmend an Bedeutung. Die Länder hatten vor allem praktische Gründe – zivile wie auch militärische –, nationale Observatorien zu gründen, zumal sich die Welt industrialisierte und der internationale Handel wuchs. Viele Jahrhunderte lang verfügten nur Astronomen über die Fähigkeit und Ausrüstung, die Weltzeit exakt zu bestimmen. Dies blieb bis zur Entwicklung der Atomuhren Mitte des 20. Jahrhunderts der Fall.
Die menschliche Gesellschaft folgt dem Takt dreier astronomischer Uhren: (1) der Rotation der Erde, die uns den Tag vorgibt, was an der täglichen Wanderung der Sterne an der Himmelskugel nachzuvollziehen ist, (2) der Zeit, die die Erde für eine Umrundung der Sonne braucht, also ein Jahr, und (3) den monatlichen Mondphasen. Diese kombinierten Bewegungen von Erde, Sonne und Mond im Raum bestimmen auch Takt und Größenordnung der Gezeiten, die für Küstenbewohner, Seeleute und die marine Tierwelt bedeutsam sind.
Die Astronomie spielte zudem in der marinen Navigation eine wichtige Rolle, denn die Sterne waren Referenzpunkte, die von überall auf See zu sehen waren. Im Jahr 1675 trat der britische König Karl II. an das Königliche Observatorium in Greenwich bei London heran und gab seinem Direktor John Flamsteed, dem ersten Königlichen Astronomen, die Anweisung, er solle sich dafür einsetzen, die Beobachtungen »in der Kunst der Navigation« zu perfektionieren«. In den 1970er-Jahren wurde die Astronomie als Navigationsbasis weitgehend durch künstliche Satelliten ersetzt.
»Man sollte die Vorstellungskraft dazu haben, eine Entdeckung auch als solche zu erkennen, wenn man sie gemacht hat.«
Clyde Tombaugh
Aufgaben der Astronomie
Die praktischen Gründe für die Weiterführung der Astronomie und der Weltraumwissenschaft haben sich geändert. So ist Astronomie notwendig, um die Risiken einzuschätzen, die der Erde aus dem Weltraum drohen. Nichts veranschaulicht die Verletzlichkeit der Erde mehr als die ikonischen Bilder wie »Earthrise« und »Blue Marble«, die Apollo-Astronauten in den 1960er-Jahren machten und uns verdeutlichen, dass die Erde ein kleines Etwas im weiten Weltraum ist. Als Bodenbewohner mag uns der Schutz durch die Atmosphäre und das Erdmagnetfeld in Sicherheit wiegen, aber in Wirklichkeit sind wir einem rauen Weltall ausgeliefert, das uns mit Strahlung und hochenergetischen Partikeln bombardiert und uns der Gefahr aussetzt, mit festen Himmelskörpern zu kollidieren. Je mehr wir über dieses Weltall wissen, desto besser vorbereitet können wir den potenziellen Bedrohungen gegenübertreten.
»Was für einen wunderbaren und erstaunlichen Entwurf hat uns die herrliche Weite des Universums beschert.«
Christiaan Huygens
Ein universelles Labor
Noch ein weiterer wichtiger Grund spricht für die Astronomie. Das Universum ist ein großes Laboratorium, in dem man die Grundlagen der Materie, der Zeit und des Raumes erforschen kann. Die unvorstellbaren Dimensionen von Zeit, Größe und Distanz und die Extreme von Dichte, Druck und Temperatur gehen weit über die Bedingungen hinaus, die wir auf der Erde simulieren können. Schwarze Löcher und explodierende Sterne lassen sich nun mal nur aus sicherer Entfernung studieren.
Astronomische Beobachtungen haben die Vorhersagen von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie spektakulär bestätigt. Nach seiner Aussage erklärte seine Theorie offensichtliche Anomalien in der Merkur-Umlaufbahn, bei denen Newtons Gravitationsgesetze versagten. Arthur Eddington bemerkte 1919 während einer totalen Sonnenfinsternis, wie das Sternenlicht von einer Geraden abwich, als es das Gravitationsfeld der Sonne passierte – ganz wie es die Relativitätstheorie vorhergesagt hatte. Dann wurde 1979 die erste Gravitationslinse entdeckt: Das Licht, das von einem Quasar kam, wurde durch eine Galaxie verzerrt und ließ den Quasar doppelt erscheinen (»Twin Quasar«). Die jüngste Bestätigung von Einsteins Theorie erfolgte 2015 mit der ersten Detektion von Gravitationswellen, auslaufende Wellen im Gefüge der Raumzeit, die durch die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher erzeugt werden.
Wann beobachten
Eine der Hauptmethoden, anhand derer Forscher ihre Ideen prüfen und neue Phänomene untersuchen, besteht darin, Experimente zu entwerfen und sie unter kontrollierten Laborbedingungen durchzuführen. Zum größten Teil aber – mit Ausnahme des Sonnensystems, das nahe genug ist für Experimente, die mithilfe von automatisierten Prozessen ausgeführt werden können – müssen sich Astronomen mit ihrer Rolle als Sammler von Strahlung und Elementarteilchen, welche die Erde erreichen, begnügen. Dabei stellte sich heraus, dass eine ihrer wichtigsten Fähigkeiten ist, zu erkennen, wann was und wie zu beobachten ist. So ergab beispielsweise das Sammeln und Auswerten der durch Teleskope gewonnenen Daten, dass die Rotation von Galaxien gemessen werden kann. Das wiederum führte zu der Erkenntnis, dass eine unsichtbare »Dunkle Materie« existieren muss.
Ziele der Astronomie
Bis zum 19. Jahrhundert konnten Astronomen nur die Positionen und Bewegungen der Himmelskörper kartieren. Das veranlasste 1842 den französischen Philosophen Auguste Comte dazu zu behaupten, dass man niemals die Zusammensetzung von Planeten oder Sternen bestimmen könnte. Doch schon zwei Jahrzehnte später ermöglichten neue Technologien wie die Spektralanalyse des Lichts, die Natur der Sterne und Planeten zu untersuchen. Diesen neuen Bereich der Astronomie nennt man seitdem Astrophysik.
Die Astrophysik wurde nur eine von vielen Spezialdisziplinen bei der Erforschung des Universums, als Nächstes folgten die Astrochemie und die Astrobiologie. Sie verbinden die Kosmologie – das Studium von Ursprung und Evolution des Universums – mit der Himmelsmechanik, die sich mit der Bewegung von Körpern, vor allem im Sonnensystem, beschäftigt. Der Begriff »Planetologie« umfasst alle Aspekte des Studiums der Planeten inklusive dem der Erde. Eine weitere wichtige Disziplin ist die Sonnenphysik.
Technik und Innovation
Mit dem Aufkommen der vielen Spezialdisziplinen, die sich mit dem Weltraum, einschließlich des Planeten Erde beschäftigen, entwickelte sich die Bedeutung des Begriffs »Astronomie« zurück zu einem, der wieder das gesamte Studium des Universums umfasst. Allerdings fällt ein eng damit verwandtes Thema nicht darunter: die »Raumforschung« – eine Kombination aus Technik und praktischen Anwendungen, die mit der Etablierung des »Raumzeitalters« in der Mitte des 20. Jahrhunderts aufblühte.
»Wenn die Astronomie eines lehrt, dann ist es das, dass der Mensch nur ein Detail in der Evolution des Universums ist.«
Percival Lowell
Kooperationen
Jedes Weltraumteleskop und jede Mission, das Sonnensystem zu erforschen, bedient sich der Raumforschung. Daher fällt die Unterscheidung zwischen ihr und der Astronomie schwer. Zudem ist die Raumforschung nur ein Beispiel dafür, wie Fortschritte in anderen Bereichen, vor allem Technik und Mathematik (Teleskope, die Fotografie, neuartige Wege, Strahlung zu detektieren, sowie die digitale Computer- und Datenverarbeitung), zur Entwicklung der Astronomie beitrugen. Somit ist die Astronomie der Inbegriff einer groß angelegten interdisziplinären Wissenschaft.
Um unseren Platz im Universum begreifen zu können, müssen wir uns einige essenzielle Fragen stellen: nämlich nach der Bedeutung der Erde als belebter Planet, der Schaffung der chemischen Elemente, aus denen sich das Sonnensystem bildete, und nach dem Ursprung des Universums als Ganzes. Astronomie ist das Werkzeug, mit dem wir diese großen Fragen anpacken.
VOM MYTHOS ZUR WISSENSCHAFT
600 v. Chr.–1550 n. Chr.
um 550 v. Chr.
Anaximander von Milet ersinnt eines der ersten wissenschaftlichen Konzepte vom Aufbau des Universums.
350 v. Chr.
Mit seinem Werk Über den Himmel entwirft Aristoteles ein geozentrisches Weltbild des Universums. Viele seiner Ideen dominieren in den nächsten 2000 Jahren das Denken.
um 200 v. Chr.
In Alexandria vermisst und berechnet Eratosthenes den Erdumfang und schätzt die Entfernung zwischen Erde und Sonne.
um 530 v. Chr.
Pythagoras gründet in Kroton eine Schule, wo er das Konzept eines Kosmos verfolgt, in dem sich die Himmelskörper auf idealen Kreisen bewegen.
um 220 v. Chr.
Aristarchos von Samos schlägt ein heliozentrisches Modell des Universums vor, das aber weithin unbeachtet bleibt.
um 150 n. Chr.
Ptolemäus verfasst den Almagest, wiederum ein geozentrisches Modell, das eine breite Akzeptanz genießt.
499 n. Chr.
In seiner Aryabhatiya vertritt Aryabhata die Ansicht, dass die Sternenbewegung am Nachthimmel eine Folge der Erddrehung ist.
um 1180
Der italienische Gelehrte Gerhard von Cremona übersetzt arabische Texte wie Ptolemäus’ Almagestins Lateinische und macht sie Europäern zugänglich.
1437
Der Timuridenfürst Ulugh Beg korrigiert viele Sternpositionen des Almagest.
1025
Der arabische Gelehrte Alhazen gibt eine Schrift heraus, in der er das ptolemäische Weltbild als zu komplex kritisiert.
1279
Der chinesische Astronom Guo Shoujing führt eine exakte Messung eines Sonnenjahres durch.
1543
In seinem Buch Über die Umschwünge der himmlischen Kreise vertritt Nikolaus Kopernikus das heliozentrische Weltbild.
Die Traditionen, auf denen die moderne Astronomie aufbaut, begannen im alten Griechenland und seinen Kolonien. Im nahe gelegenen Mesopotamien jedoch, wo die Babylonier für ihre himmelsmechanischen Vorhersagen mithilfe ihrer Arithmetik bekannt waren, war die Astronomie in der Mythologie verwurzelt, und die Babylonier beschäftigten sich vorrangig mit Prophezeiungen. Für sie war der Himmel das Reich der Götter und lag somit jenseits jeder rationalen Erforschung.
Im Gegensatz dazu versuchten die Griechen, alles was sie am Himmel sahen zu erklären. Thales von Milet (624–546 v. Chr.) gilt als der erste in einer Reihe von Philosophen, die dachten, dass Naturgesetze durch logisches Denken erklärt werden könnten. Zwei Jahrhunderte später lieferte Aristoteles (384–322 v. Chr.) die theoretische Grundlage, auf die sich die Astronomie bis ins 16. Jahrhundert stützte.
Aristoteles’ Überzeugungen
Aristoteles war wie sein Lehrer Platon von Pythagoras und dessen Anhängern beeinflusst, die glaubten, dass die natürliche Welt ein »Kosmos« im Gegensatz zum »Chaos« sei. Das bedeutete, dass der Kosmus vernünftig organisiert und nicht etwa unbegreifbar war.
Aristoteles glaubte, dass die himmlischen Reiche – anders als die Welt der Menschen – unveränderlich und perfekt waren, und begrüßte Ideen, die auf dem »gesunden Menschenverstand« fußten. Das bedeutete, dass die Erde unverrückbar war und im Zentrum des Universums stand. Trotz gewisser Inkonsequenzen wurde seine Philosophie als das akzeptabelste Gerüst für die Wissenschaft angenommen und fand Eingang in die christliche Theologie.
Geometrische Ordnung
Mathematisch basierte ein Großteil der griechischen Astronomie auf der Geometrie, insbesondere der Kreise, die man als die perfekteste Form erachtete. Indem man kreisförmige Bahnen kombinierte, wurden zur Vorhersage der Planetenpositionen aufwendige geometrische Schemata entworfen, und um 150 v. Chr. stellte der griechisch-ägyptische Astronom Ptolemäus in Alexandria das ultimative Kompendium der griechischen Astronomie zusammen. Doch bereits um 500 v. Chr. hatte der griechische Ansatz zur Astronomie an Dynamik verloren. Letztlich gab es in der Astronomie der abendländischen Tradition nach Ptolemäus fast 1400 Jahre lang keine bedeutenden neuen Ideen. Als die Astronomie in Europa stagnierte, etablierten unabhängig davon die Kulturen in China, Indien und der islamischen Welt ihre eigenen Traditionen. Chinesische, arabische und japanische Astronomen verzeichneten im Jahr 1054 eine Supernova im Sternbild Stier – der berühmte Krebsnebel ist der Rest von ihr. Obwohl die Explosion heller war als die Venus, übersah man sie in Europa.
»Es ist die Pflicht eines Astronomen, die Geschichte der Himmelsbewegungen durch sorgfältiges und kompetentes Studium zusammenzustellen.«
Nikolaus Kopernikus
Ausbreitung des Lernens
Letztendlich kehrte die griechische Wissenschaft über einen Umweg nach Europa zurück. Ab 740 n. Chr. wurde Bagdad ein bedeutendes Wissenszentrum. Ptolemäus’ großartiges Kompendium wurde ins Arabische übersetzt und als Almagest bekannt. Im 12. Jahrhundert wurden viele Texte aus dem Arabischen ins Lateinische übersetzt, sodass das Erbe der griechischen Philosophen über die islamischen Gelehrten Westeuropa erreichte. Die Erfindung des Buchdrucks Mitte des 15. Jahrhunderts erweiterte den Zugang zu Büchern. Nikolaus Kopernikus, der 1473 geboren wurde, sammelte zeitlebens Bücher, einschließlich die von Ptolemäus. Für Kopernikus hatte Ptolemäus die ursprüngliche Zielsetzung der griechischen Philosophen nicht richtig umgesetzt, nämlich die Natur zu beschreiben, indem man einfache Prinzipien zugrunde legt. Kopernikus verstand zwar intuitiv, dass das heliozentrische Konzept ein viel einfacheres System sein würde, hielt aber sein Manuskript aus Sorge, er würde sich blamieren, lange zurück, sodass es erst kurz vor seinem Tod gedruckt wurde. Wie zu erwarten, lehnten die Kirchenfürsten das neue Konzept empört ab, während viele Astronomen zustimmten.
TATSÄCHLICH – DIE ERDE BEWEGT SICH NICHT
DAS GEOZENTRISCHE WELTBILD
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Aristoteles (384–322 v. Chr.)
FRÜHER
465 v. Chr. Der griechische Philosoph Empedokles meint, es gäbe vier Elemente: Erde, Wasser, Luft und Feuer. Aristoteles behauptet, die Sterne und Planeten bestünden aus einem fünften Element, dem Äther.
387 v. Chr. Platos Schüler Eudoxus postuliert, die Planeten seien transparente rotierende Kugeln.
SPÄTER
355 v. Chr. Der Grieche Herakleides behauptet, der Himmel sei fix und die Erde drehe sich.
12. Jh. Thomas von Aquin, ein italienischer Theologe, beginnt, Aristoteles’ Theorien zu lehren.
1577 Tycho Brahe zeigt, dass der Große Komet weiter von der Erde weg ist als der Mond.
1687 Isaac Newton erklärt in seinen Philosophiae Naturalis Principia Mathematica die Schwerkraft.
Aristoteles aus dem in Nordgriechenland gelegenen Mazedonien, einer der einflussreichsten westlichen Philosophen, glaubte, dass das Universum von physikalischen Gesetzen regiert wird. Er versuchte, diese durch Deduktion, Philosophie und Logik zu erklären.
Aristoteles beobachtete, dass die Positionen der Sterne scheinbar miteinander verknüpft waren und dass sich ihre Helligkeit niemals änderte. Die Sternbilder blieben immer dieselben und drehten sich täglich um die Erde. Auch Mond, Sonne und Planeten umrundeten unverändert die Erde. Ihre Bewegung, so glaubte er, war kreisförmig und ihre Geschwindigkeit konstant.
Während einer Mondfinsternis wirft die Erde einen kreisförmigen Schatten auf den Mond. Das überzeugte Aristoteles, dass die Erde eine Kugel ist.
Der Schatten, den die Erde während einer Mondfinsternis auf den Mond warf, überzeugten ihn, dass die Erde eine Kugel war. Er zog den Schluss, dass die sphärische Erde im Raum stationär blieb, sich niemals drehte oder ihre Position änderte, während der Kosmos sich um sie herum drehte. Er war davon überzeugt, dass die Erde still in der Mitte des Universums verharrte.
Aristoteles’ Theorie nach war auch die Erdatmosphäre stationär. An ihrer Obergrenze trat Reibung zwischen den atmosphärischen Gasen und dem rotierenden Himmel auf. Vulkanische Gase stiegen hoch empor. Entzündet durch die Reibung, brachten diese Gase Kometen hervor und – wenn das sehr schnell geschah – entstanden Sternschnuppen. So argumentierte man bis ins 16. Jahrhundert.
DIE ERDE UMLÄUFT DIE SONNE AUF EINER KREISFÖRMIGEN BAHN
DAS FRÜHE HELIOZENTRISCHE WELTBILD
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Aristarchos (310–230 v. Chr.)
FRÜHER
430 v. Chr. Philolalus von Kroton schlägt vor, dass es in der Mitte des Universums ein großes Feuer gibt, um das sich die Sonne, der Mond, die Erde, weitere fünf Planeten sowie die Sterne drehen.
350 v. Chr. Aristoteles postuliert, dass die Erde im Zentrum des Universums steht und alles andere sich um sie dreht.
SPÄTER
150 n. Chr. Ptolemäus veröffentlicht seinen Almagest mit einem geozentrischen Modell des Universums.
1453 Nikolaus Kopernikus schlägt ein heliozentrisches Modell für das Universum vor.
1838 Dem deutschen Astronomen Friedrich Bessel gelingt es, mit der Parallaxen-Methode den Abstand zu einem Stern exakt zu bestimmen.
Aristarchos, ein Astronom und Mathematiker von der griechischen Insel Samos, war der Erste, der vorschlug, dass die Sonne – und nicht die Erde – im Zentrum des Universums steht und die Erde um die Sonne kreist. Aristarchos’ Gedanken über dieses Thema werden von Archimedes, einem griechischen Mathematiker, erwähnt, der in seinem Werk Die Sandrechnung sagt, dass Aristarchos hypothetisch formuliert hatte, dass »die festen Sterne und die Sonne unbewegt bleiben« und »die Erde um die Sonne läuft«.
Unmoderne Idee
Aristarchos überzeugte zumindest einen der späteren Astronomen – Seleukos von Seleukia, der im 2. Jh. v. Chr. lebte – von seinem heliozentrischen Modell des Kosmos. Ansonsten scheinen seine Ideen jedoch keine breite Akzeptanz gefunden zu haben. Zur Zeit von Ptolemäus, um etwa 150 v. Chr., hing die Mehrheit noch dem geozentrischen Weltbild an – und das blieb bis zum 15. Jahrhundert so, als Nikolaus Kopernikus die heliozentrische Idee wieder aufgriff.
»Aristarchos war der eigentliche Urheber der kopernikanischen Hypothese.«
Sir Thomas HeathMathematiker und klassischer Gelehrter
Aristarchos glaubte zudem, dass die Sterne viel weiter weg waren, als man es sich bislang vorgestellt hatte. Er schätzte die Entfernungen zu Sonne und Mond und deren Größen relativ zur Erde. Die Schätzungen bezüglich des Monds waren recht genau, allerdings unterschätzte er die Distanz zur Sonne – vor allem aufgrund einer Ungenauigkeit in einer seiner Messungen.
DIE ÄQUINOKTIEN – SIE WANDERN
DIE POSITIONEN DER STERNE VERÄNDERN SICH
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Hipparchos (190–120 v. Chr.)
FRÜHER
280 v. Chr. Der griechische Astronom Timocharis berichtet, dass der Stern Spica 8 ° westlich von der herbstlichen Tagundnachtgleiche steht.
SPÄTER
4. Jh. Der chinesische Astronom Yu Xi entdeckt und vermisst die Präzession.
1543 Nikolaus Kopernikus erklärt die Präzession als ein Taumeln der Erdachse.
1687 Isaac Newton zeigt, dass die Präzession eine Folge der Schwerkraft ist.
1718 Edmond Halley entdeckt, dass – abgesehen von der Relativbewegung der Sterne zu Referenzpunkten an der Himmelskugel – die Sterne eine wahrnehmbare Bewegung relativ zu jedem anderen Stern ausführen.
Der griechische Astronom Hipparchos von Nicäa bemerkte um 130 v. Chr., dass sich der Stern Spica – im Vergleich zu seiner Position 150 Jahre zuvor – auf 2 ° östlich eines Punktes an der Himmelskugel bewegt hatte, den man als Herbst-Äquinoktium bezeichnet. Weitere Untersuchungen zeigten, dass sich die Positionen aller Sterne verschoben hatten, ein Phänomen, das man »Präzession der Äquinoktien« nennt.
Die Himmelskugel oder -sphäre ist eine gedachte Kugelfläche, die die Erde umgibt und an der die Sterne liegen. Astronomen verwenden definierte Punkte und Kurven auf der Himmelskugel als Referenz für die Beschreibung der Positionen von Sternen und anderen Himmelsobjekten. Diese Kugel hat Nord- und Südpol sowie einen Himmelsäquator – sie alle liegen direkt über den irdischen Äquivalenten. Zudem verläuft entlang der Himmelskugel die Ekliptik. Dieser Kreis markiert den scheinbaren Jahresgang der Sonne vor den Hintergrundsternen und schneidet den Himmelsäquator zweimal: am Punkt der Frühlings- und der Herbst-Tagundnachtgleiche. Diese Punkte an der Himmelskugel erreicht die Sonne im März und September zur Zeit der Tagundnachtgleichen oder Äquinoktien. Deren Präzession bezieht sich auf die allmähliche Drift der beiden Punkte relativ zu den Sternpositionen.
»Sehr fleißig und extrem wahrheitsliebend.«
Ptolemäusüber Hipparchos
Hipparchos führte diese Präzession auf eine »Wackelbewegung« der himmlischen Sphäre zurück. Tatsächlich ist es jedoch ein Schwanken der Erdachsenrotation aufgrund des gravitativen Einflusses von Sonne und Mond.
DIE HELLIGKEIT DES MONDS WIRD DURCH DIE STRAHLUNG DER SONNE ERZEUGT
THEORIEN ÜBER DEN MOND
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Zhang Heng (78–139 n. Chr.)
FRÜHER
140 v. Chr. Hipparchos erkennt, wie man Sonnenfinsternisse vorhersagt.
1. Jh. Jing Fang vertritt die These, dass das Mondlicht reflektiertes Sonnenlicht ist.
SPÄTER
150 n. Chr. Ptolemäus stellt Tabellen zur Berechnung der Positionen von Himmelskörpern zusammen.
11. Jh. Shen Kuos erklärt in seinen Traum-Essays, dass die Himmelskörper nicht flach sind, sondern rund wie Bälle.
1543 Kopernikus’ Über die Umschwünge der Himmlischen Kreise beschreibt ein heliozentrisches System.
1609 Johannes Kepler erklärt die Bewegungen von Planeten als freie, auf Ellipsen schwebende Körper.
Der Chefastrologe am Hof des chinesischen Kaisers Han An-ti, der erfahrene Mathematiker und sorgfältige Beobachter Zhang Heng, katalogisierte 2500 »hell leuchtende« Sterne und schätzte, dass es noch 11520 »sehr kleine« gibt.
Seine astronomischen Ideen drückte Zhang, der zudem passionierter Dichter war, durch Gleichnisse und Metaphern aus. In seiner Abhandlung Ling Xian oder Die spirituelle Konstitution des Universums stellte er die Erde in die Mitte des Kosmos und sagte, »der Himmel sei rund wie (…) ein Hühnerei und die Erde das Eigelb und liege wie dieses alleine im Zentrum«.
Form, aber kein Licht
Zhang meinte, dass der Mond kein eigenes Licht aussendet, sondern »wie Wasser« die Sonne reflektiert. Darin fasste er die Theorien seines Landsmannes Jing Fang zusammen, der ein Jahrhundert vorher gesagt hatte, dass »der Mond und die Planeten Yin sind. Sie haben Form, aber kein Licht.« Zhang erkannte, dass »die der Sonne zugewandte Seite voll beleuchtet ist und die abgewandte Seite dunkel«. Er beschrieb auch eine Mondfinsternis, bei der das Licht der Sonne den Mond nicht erreichen kann, weil die Erde im Weg steht. Zudem bemerkte er, dass es auch bei anderen Planeten Finsternisse gibt.
»Die Sonne ist wie Feuer und der Mond wie Wasser. Das Feuer strahlt Licht aus und das Wasser reflektiert es.«
Zhang Heng
Zhangs Arbeit wurde im 1. Jahrhundert von dem Astronomen Shen Kuo weiterentwickelt, der zeigte, dass das Zu- und Abnehmen des Monds beweist, dass Mond und Sonne Kugeln sind.
ALLES IST WICHTIG, WENN ES UM THEORIEN ÜBER DEN KOSMOS GEHT
DAS WISSEN VERFESTIGT SICH
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Ptolemäus (85–165 n. Chr.)
FRÜHER
12. Jh. v. Chr. Die Babylonier ordnen Sterne zu Sternbildern.
350 v. Chr. Aristoteles behauptet, dass die Sterne fix sind und die Erde stationär ist.
135 v. Chr. Hipparchos erstellt einen Katalog mit mehr als 850 Positionen von Sternen und deren Helligkeiten.
SPÄTER
964 n. Chr. Der persische Astronom as-Sufi aktualisiert Ptolemäus’ Sternkatalog.
1252 Die Alfonsin’schen Tafeln werden in Toledo (Spanien) veröffentlicht. Sie listen die Positionen von Sonne, Mond und fünf Planeten und beruhen auf Ptolemäus’ Theorien.
1543 Kopernikus zeigt, dass sich die Planetenbahnen mit dem heliozentrischen Modell besser erklären lassen als mit dem geozentrischen.
In dieser Sternkarte des 17. Jahrhunderts finden sich die von Ptolemäus entworfenen Sternbilder. Die Anzahl der Sterne pro Konstellation reicht von zwei (Kleiner Hund) bis 42 (Wassermann).
In seinem größten Werk, dem Almagest, fasste der griechisch-ägyptische Astronom Ptolemäus alle astronomischen Kenntnisse seiner Zeit zusammen. Anstatt eigene, radikale neue Ideen zu produzieren, bediente sich Ptolemäus überwiegend aus früheren Kenntnissen, insbesondere den Werken des griechischen Astronomen Hipparchos. Dessen Sternkatalog bildete die Basis der meisten Berechnungen im Almagest. Ptolemäus berichtet ausführlich über die Mathematik, die erforderlich ist, um die künftigen Positionen der Planeten zu berechnen. Ptolemäus’ Modell des Sonnensystems hatte im Zentrum eine stationäre Erde, um die sich der Himmel drehte. Allerdings erforderte es komplexe Ergänzungen, damit das Modell zu den gemessenen Daten passte und sich die Positionen der Planeten berechnen ließen. Trotzdem war es weitgehend unangefochten – bis Kopernikus im 16. Jahrhundert die Sonne in die Mitte des Kosmos stellte. Ptolemäus stellte in dem Teil des Himmels, den die Griechen kannten – also für alles, was man von etwa 32 ° nördlicher Breite sehen konnte – einen Katalog mit 1022 Sternpositionen und 48 Sternbildern zusammen. Letztere werden noch heute verwendet, und viele ihrer Namen können bis ins alte Babylon zurückverfolgt werden, darunter Zwillinge, Krebs, Löwe, Skorpion und Stier. Die babylonischen Sternbilder finden sich auf Keilschrift-Tafeln, die Astrolab B genannt werden und auf das 7. Jh. v. Chr. datieren, vermutlich aber ca. 300 Jahre älter sind.
Früher Quadrant
Um seine Messtechnik zu verbessern, baute Ptolemäus eines der frühesten Beispiele für einen Quadranten, mit dem er die Positionen der Gestirne ermitteln wollte: einen großen rechteckigen Steinblock, von dem eine vertikale Seite genau nach Nord-Süd ausgerichtet war. Aus der Oberseite des Blocks ragte ein horizontaler Stab heraus, dessen Schatten angab, wie hoch die Sonne zu Mittag stand. Ptolemäus führte täglich mehrere Messungen durch, um den Zeitpunkt von Sonnenwende und Tagundnachtgleiche möglichst genau bestimmen zu können. Seine Messungen bestätigten frühere, die besagten, dass die Jahreszeiten unterschiedlich lang sind. Er glaubte zwar, dass die Umlaufbahn der Sonne um die Erde kreisförmig war, doch seine Berechnungen führten zu dem Schluss, dass die Erde nicht exakt im Zentrum dieser Umlaufbahn liegen konnte.
Ptolemäus, der Astrologe
Wie die meisten Denker seiner Zeit glaubte Ptolemäus, dass die Bewegungen der himmlischen Körper Auswirkungen auf die Erde hatten. Sein Buch über Astrologie, Tetrabiblos, wetteiferte in den nächsten tausend Jahren mit dem Almagest. Ptolemäus hatte nicht nur herausgefunden, wie man Planetenpositionen berechnen kann, sondern lieferte auch eine umfassende Interpretation davon, wie sich die Planetenbewegungen auf Menschen auswirkten.
Ptolemäus beschreibt seinen steinernen Block im Almagest. Es war ein Quadrant, ein Instrument, mit dem man Winkel zwischen 0 ° und 90 ° messen kann.
Claudius Ptolemäus
Ptolemäus war ein Universalgelehrter, der sich in Astronomie, Astrologie, Geografie, Musik, Optik und Mathematik auskannte. Über ihn selbst ist sehr wenig bekannt, aber wahrscheinlich verbrachte er die meiste Zeit seines Lebens in der ägyptischen Hafenstadt Alexandria, die berühmt für ihr Gelehrtentum und die große Bibliothek war, in der er von dem renommierten Mathematiker Theon von Smyrna unterrichtet wurde. Viele seiner wegweisenden Schriften haben überlebt. Sie wurden ins Arabische und Lateinische übersetzt und verbreiteten sich in der mittelalterlichen Welt. Das Werk Geographie listete fast alle Orte der damals bekannten Welt und begleitete beispielsweise Christoph Kolumbus im 15. Jahrhundert auf seinen Entdeckungsreisen. Der Almagest blieb bis etwa 1643 – und somit noch etwa hundert Jahre, nachdem Ptolemäus’ Weltbild von Kopernikus herausgefordert worden war – in ständigem Gebrauch.
Hauptwerke
um 15 n. Chr.Geographie
um 150 n. Chr.Almagest
um 150 n. Chr.Tetrabiblos
DIE FIXEN STERNE WANDERN SCHEINBAR NACH WESTEN
DIE ERDROTATION
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Aryabhata (476–550 n. Chr.)
FRÜHER
350 v. Chr. Heracleides Pontikos, ein Schüler Platos, meint, dass sich die Erde einmal am Tag um ihre Achse dreht. Die Idee verbreitet sich kaum, weil sie den Thesen des geachteten Aristoteles widerspricht.
4. Jh. v. Chr. Aristoteles verkündet, dass die Erde im Raum stationär ist.
SPÄTER
950 n. Chr. Der persische Astronom al-Sijzi unterstützt die Idee einer rotierenden Erde.
1543 Nikolaus Kopernikus erklärt, dass die Erde – als Teil seines heliozentrischen Weltbildes – sich um sich selbst dreht.
1851 Die erste Demonstration von Léon Foucaults Pendelversuch in Paris liefert den endgültigen Beweis, dass die Erde sich dreht.
Vom 4. Jh. v. Chr bis zum 16.Jh. n. Chr. herrschte in der westlichen Welt die Meinung vor, dass die Erde fest im Zentrum des Universums verankert war. Davon abweichende Ideen, dass die Erde rotieren könnte, wurden mit dem Argument zurückgewiesen, dass dann ja auf der Erdoberfläche befindliche Gegenstände in den Weltraum geschleudert würden. Dem widersprach der indische Astronom Aryabhata, der davon überzeugt war, dass die scheinbare Bewegung der Sterne über den Nachthimmel nicht die Sterne selbst verursachten, sondern die Erde – indem sie sich drehte.
Eine Scheinbewegung
Nach Aryabhata waren die Sterne stationär und ihre scheinbare Bewegung nach Westen war eine Illusion. Seine Vorstellung einer rotierenden Erde war bis Mitte des 17. Jahrhunderts kaum verbreitet – also noch hundert Jahre, nachdem Kopernikus das Konzept bestätigt hatte.
Aryabhatas beeindruckendes Buch Aryabhatiya war das wichtigste Werk der Astronomie des 6. Jahrhunderts – ein Kompendium astronomischer Grundlagen und Mathematik, das die arabische Astronomie stark beeinflusste.
»Er war der Vater der indischen zyklischen Astronomie (…), die die wahren Positionen und Entfernungen der Planeten genauer bestimmen konnte denn je.«
Helaine SelinAstronomie-Historikerin
Des Weiteren berechnete Aryabhata mit hoher Genauigkeit die Länge des siderischen Tages (die Zeit, die die Erde braucht, um sich bezüglich der Sterne einmal zu drehen) und entwarf neue Methoden, astronomische Tafeln zu erstellen.
EINE KLEINE WOLKE AM NACHTHIMMEL
DIE KARTIERUNG VON GALAXIEN
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Abd ar-Rahman as-Sufi (903–986 n. Chr.)
FRÜHER
400 v. Chr. Demokrit deutet die Milchstraße als dichte Masse von Sternen.
150 n. Chr. Ptolemäus verzeichnet in seinem Almagest mehrere Nebel (trübe Objekte).
SPÄTER
1610 Galileo sieht per Teleskop in der Milchstraße Sterne und bestätigt so Demokrits Theorie.
1845 Lord Rosse beobachtet erstmals eindeutig einen Spiralnebel. Dieser ist heute als Whirlpool-Galaxie bekannt.
1917 Vesto Slipher entdeckt, dass sich Spiralnebel unabhängig von der Milchstraße drehen.
1929 Edwin Hubble zeigt, dass viele Spiralnebel außerhalb der Milchstraße liegen und selbst Galaxien sind.
Abd ar-Rahman as-Sufi, im Westen auch als Azophi bekannt, war ein persischer Astronom, der die ersten Aufzeichnungen davon machte, was wir heute Galaxien nennen. Für ihn waren diese trüben Objekte jedoch schlicht Nebel am Nachthimmel.
As-Sufi machte die meisten seiner Beobachtungen in Isfahan und Schiraz (im heutigen Iran), aber er kontaktierte auch weit gereiste arabische Kaufleute, die mehr vom Himmel gesehen hatten als er. Seine Arbeit konzentrierte sich auf die Übersetzung des Almagest ins Arabische. Dabei versuchte as-Sufi, die hellenistischen Sternbilder (sie dominieren bis heute die Sternkarten) mit ihren oft anders benannten arabischen Pendants zu vereinen.
Die Große Magellansche Wolke, die hier über dem ESO-Paranal-Observatorium in Chile zu sehen ist, kann auf der Südhalbkugel leicht mit dem bloßen Auge beobachtet werden.
Die Früchte dieser Arbeit war Kitab suwar al-kawakib oder das Buch der Fixsterne, veröffentlicht 964 n. Chr. Es enthielt auch eine Skizze einer »kleinen Wolke«, die heute als Andromeda-Galaxie bekannt ist. Diese wurde vermutlich schon früher von persischen Astronomen entdeckt, aber erst von as-Sufi aufgezeichnet. So enthält das Buch der Fixsterne auch den Weißen Ochsen, ein weiteres Nebelobjekt – heute heißt es Große Magellansche Wolke – und eine kleine Galaxie, die die Milchstraße umkreist. As-Sufi hätte das Objekt wohl übersehen, hätten ihn nicht Berichte von Astronomen im Jemen und von Matrosen, die das Arabische Meer durchquert hatten, erreicht.
EIN NEUER KALENDER FÜR CHINA
DAS SONNENJAHR
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Guo Shoujing (1231–1314)
FRÜHER
100 v. Chr. Kaiser Wu aus der Han-Dynastie etabliert den chinesischen Kalender, der auf dem Sonnenjahr basiert.
46 v. Chr. Julius Cäsar reformiert den römischen Kalender. Er führt das Jahr mit einer Länge von 365 Tagen und 6 Stunden ein und fügt alle vier Jahre einen Schalttag hinzu.
SPÄTER
1437 Der Timuriden-Astronom Ulugh Beg bestimmt anhand eines 50-m-Gnomons (Schattenstab einer Sonnenuhr) das Sonnenjahr auf 365 Tage, 5 Stunden, 49 Minuten und 15 Sekunden.
1582 Papst Gregor VIII. akzeptiert den nach ihm benannten gregorianischen Kalender, der den julianischen Kalender ersetzt und sich auf dieselbe Jahreslänge stützt wie Guos Shoushi-Kalender.
Der traditionelle chinesische Kalender stützt sich auf eine Mischung aus Mond- und Sonnenzyklen, mit 12 oder 13 Mondmonaten, die mit den Jahreszeiten des Sonnenjahres abgestimmt sind. Er wurde im 1. Jh. v. Chr. während der Han-Dynastie erstmals formuliert und benutzte ein Sonnenjahr von 365,25 Tagen (365 Tage und 6 Stunden). Damit war China mit seinen Berechnungen dem Westen ein halbes Jahrhundert voraus. Erst 50 Jahre später benutzte Julius Cäsar dieselbe Jahreslänge, als er den nach ihm benannten julianischen Kalender einführte.
Als ausgebildeter Ingenieur erfand Guo Shoujing eine wasserbetriebene Armillarsphäre – ein Instrument, das die Positionen der Himmelskörper darstellt.
Zu der Zeit, als der mongolische Führer Kublai Khan im Jahr 1276 fast alle Regionen Chinas eroberte, war der Daming-Kalender in Gebrauch, der jedoch sehr alt und korrekturbedürftig war. Der Khan entschloss sich, seine Autorität mit einem neuen, genaueren Kalender zu festigen, der als Shoushi-(»gut bestellter«) Kalender bekannt wurde. Diese Aufgabe wurde Guo Shoujing anvertraut, dem Hauptastronomen des Khans.
Das Jahr vermessen
Guos Aufgabe war es, die Länge des Sonnenjahres zu messen. Zu diesem Zweck baute er ein Observatorium in Khanbaliq (die »Stadt des Khans«), der neuen kaiserlichen Hauptstadt, die später zum heutigen Peking wurde. Das Observatorium war vermutlich seinerzeit das weltweit größte.
Zusammen mit dem Mathematiker Wang Chun begann Guo Beobachtungen, um ganzjährig die »Bewegung« der Sonne zu verfolgen. Die beiden Männer reisten weit und installierten in ganz China weitere 26 Observatorien. 1279 gaben sie bekannt, dass ein Monat 29,530593 Tage umfasst und dass das wahre Sonnenjahr 365,2524 Tage dauert (365 Tage, 5 Stunden, 49 Minuten und 12 Sekunden). Dies ist nur 26 Sekunden länger als die aktuell geltende Norm. Erneut lag China vor dem Westen. Die gleiche Dauer wurde im Rückgriff darauf 300 Jahre später in Europa auf den gregorianischen Kalender übertragen.
Ausdauernder Kalender
Als großer Technik-Vorkämpfer erfand Guo mehrere neue Beobachtungsgeräte und verbesserte die persischen Instrumente, die in China unter Kublai Khans Herrschaft angeschafft wurden. Die wichtigste Neuerung war der Bau eines riesigen Gnomons von 13,3m Höhe – fünfmal größer als die persische Anlage. Er trug eine horizontale Querlatte mit Markierungen. Damit konnte Guo den Winkel des einfallenden Sonnenlichts mit großer Genauigkeit messen.
Der Shoushi-Kalender wurde damals weithin als der genaueste Kalender der Welt angesehen. Als Beweis für seinen Erfolg wurde er für weitere 363 Jahre verwendet, sodass es der dienstälteste offizielle Kalender in der chinesischen Geschichte wurde. China übernahm 1912 zwar offiziell den gregorianischen Kalender, aber der traditionelle Kalender, der heute als der ländliche oder ehemalige Kalender bekannt ist, spielt in der chinesischen Kultur für Familienfeiern und Feiertage immer noch eine Rolle.
Guo Shoujing
Guo Shoujing wurde in eine arme Familie in Nordchina geboren, als die Mongolen dabei waren, ihre Kontrolle über die Region zu festigen. Guo, das Wunderkind, das schon im Alter von 14 Jahren eine raffinierte Wasseruhr baute, wurde von seinem Großvater in Mathematik, Astronomie und Hydraulik unterrichtet. Er wurde Ingenieur und arbeitete für Liu Bingzhong, den Chefarchitekten des Kaisers. Ende der 1250er-Jahre bestieg Kublai Khan den Thron und wählte die Region um die Stadt Dadu in der Nähe des Gelben Flusses als Standort für die neue Hauptstadt Khanbaliq, jetzt Peking. Guo wurde mit dem Bau eines Kanals beauftragt, um Quellwasser bis zu der neuen Stadt zu leiten. Inzwischen Chefwissenschaftler und beratender Ingenieur des Khans, verband Guo in den 1290er-Jahren Khanbaliq mit dem alten Großen Kanalsystem, das unter anderem mit dem Jangtse vernetzt war. Neben seinen astronomischen Arbeiten beaufsichtigte Guo ähnliche Bewässerungs- und Kanalprojekte in ganz China – seine Innovationen wirkten noch für Jahrhunderte nach.
WIR HABEN ALLE STERNE IN PTOLEMÄUS’ KATALOG REVIDIERT
VERBESSERTE INSTRUMENTE
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Ulugh Beg (1384–1449)
FRÜHER
um 130 v. Chr. Hipparchos publiziert einen Sternkatalog mit 850 Sternpositionen.
150 n. Chr. Ptolemäus gibt mit dem Almagest einen Sternkatalog heraus, der auf dem Werk von Hipparchos aufbaut. Er ist für mehr als 1000 Jahre das Standardwerk der Astronomie.
964 n. Chr. Abd ar-Rahman as-Sufi erwähnt in seinem Sternkatalog die ersten Sichtungen von Galaxien.
SPÄTER
1543 Kopernikus stellt die Sonne anstatt der Erde ins Zentrum des Universums.
1577 Tycho Brahes Sternkatalog verzeichnet eine Nova, die zeigt, dass Sterne sich wandeln und nicht ewig Bestand haben.
Mehr als 1000 Jahre lang war Ptolemäus’ Almagest die weltweite Standardinstanz für Sternpositionen. Die arabische Übersetzung beeinflusste auch die islamische Welt, bis der timurische Herrscher Ulugh Beg viele Daten im Almagest berichtigte.
Als Enkel des mongolischen Eroberers Timur war Ulugh Beg gerade einmal 16 Jahre alt, als er im Jahr 1409 Herrscher des Familiensitzes in Samarkand (im heutigen Usbekistan) wurde. Seinem Entschluss folgend, die Stadt zu einem respektierten Ort des Lernens zu machen, lud Ulugh Beg Gelehrte vieler Disziplinen von weither ein, an seiner neuen Madrasa, einer islamischen Lehranstalt, zu studieren.
Ulugh Begs Interesse galt der Astronomie, und es mag seiner Entdeckung fehlerhaft notierter Sternpositionen im Almagest geschuldet sein, dass er den Bau eines gewaltigen Observatoriums anordnete, das zu seiner Zeit das größte der Welt war. Der Bau auf einem Hügel im Norden der Stadt dauerte fünf Jahre, Fertigstellung war im Jahr 1429. Dort machten er und sein Team von Astronomen und Mathematikern sich daran, einen neuen Sternkatalog zu erstellen.
Ulugh Beg
Der Name Ulugh Beg bedeutet »Großer Herrscher«. Der Geburtsname des Astronomen des Sultans war Mirza Muhammad Taraghay Ibn Schah-Ruch. Er kam zu Welt, als Timurs Armee durch Persien zog.
Der Tod seines Großvaters 1405 ließ die Armee in Westchina pausieren. Die folgenden Kämpfe zur Unterwerfung der Ländereien wurden schließlich von Ulugh Begs Vater Shah Rukh gewonnen. Im Jahr 1409 wurde Ulugh Beg als Regent seines Vaters nach Samarkand geschickt, und 1411, im Alter von 18 Jahren, dehnte er seinen Einfluss von der Stadt auf das Umland aus.
Ulugh Begs Liebe zur Astronomie und Mathematik vertrug sich nicht mit seinen Führungsqualitäten. Als sein Vater 1447 starb, folgte er diesem zwar auf den Thron, doch seine Autorität reichte nicht aus, um ihn zu verteidigen. 1449 ließ ihn sein eigener Sohn enthaupten.
Hauptwerk
1437Zij-i Sultani
Riesige Instrumente
Der Katalog von Ptolemäus ging vor allem aus der Arbeit von Hipparchos hervor, und viele seiner Sternpositionen beruhten nicht gerade auf den jüngsten Beobachtungen.
Um alles genau zu vermessen, baute Ulugh Beg ein Observatorium immenser Ausmaße. Sein beeindruckendstes Instrument war der sogenannte Fakhri-Sextant. Mit mehr Messmöglichkeiten, als sie ein Quadrant hatte, wies er einen Radius von mehr als 40 m auf – damit wäre er über drei Stockwerke hoch gewesen. Das Instrument wurde im Untergeschoss aufgestellt, um es vor Erdbeben zu schützen. Dort ruhte es in einem bogenförmig abfallenden Graben entlang des Nord-Süd-Meridians. Sobald Sonne und Mond darüberzogen, bündelte sich deren Licht in dem dunklen Graben, und ihre Position, wie auch die der Sterne, konnten auf ein paar hundertstel Grad genau bestimmt werden.
»Religionen lösen sich auf, Königreiche zerfallen, aber die Werke der Wissenschaft bleiben für alle Zeit bestehen.«
Ulugh Beg
Im Jahr 1437 wurde der Zij-i Sultani (»des Sultans Sternkatalog«) publiziert. Von den 1022 Sternen im Almagest korrigierte Ulugh Beg 922 Positionen. Zij-i Sultani enthielt auch neue Messungen zum Sonnenjahr, zu Planetenbahnen und zur Schiefe der Erdachse. Diese Daten gewannen für die Vorhersage von Sonnenfinsternissen, Sonnen-auf- und -untergangszeiten und der Höhe der Himmelskörper und somit auch für die Navigation große Bedeutung. Ulugh Begs Sternkatalog blieb, bis 200 Jahre später jener von Tycho Brahe erschien, wegweisend.
Vom Fakhri-Sextanten blieb nur ein 2 m breiter, in einen Hügel gehauener Graben übrig. Das Observatorium wurde nach dem Tod von Ulugh Beg im Jahr 1449 zerstört und erst 1908 entdeckt.
WIR MÜSSEN DIE SONNE INS ZENTRUM STELLEN
DAS KOPERNIKANISCHE WELTBILD
IM KONTEXT
SCHLÜSSELFIGUR
Nikolaus Kopernikus (1473–1543)
FRÜHER
um 350 v. Chr. Aristoteles stellt die Erde ins Zentrum des Universums.
um 270 v. Chr. Aristarchos schlägt ein heliozentrisches Universum mit weit entfernten Sternen vor.
um 150 n. Chr. Ptolemäus publiziert seinen Almagest.
SPÄTER
1576 Der englische Astronom Thomas Digges regt dazu an, das kopernikanische Konzept abzuwandeln.
1605 Johannes Kepler entdeckt, dass die Umlaufbahnen elliptisch sind.
1610 Galileo Galilei entdeckt die Phasen der Venus und die Jupitermonde, was den heliozentrischen Standpunkt stärkt.
Für die meisten Menschen im Europa des mittleren 15. Jahrhunderts waren Fragen über die Position der Erde von dem griechisch-ägyptischen Mathematiker Ptolemäus längst beantwortet worden, der die einst von Aristoteles vorgebrachten Vorstellungen modifizierte. Diese stellten die Erde ins Zentrum des Kosmos und waren seitens der Kirche anerkannt. Dennoch sollte die erste ernsthafte Herausforderung an dieses Dogma von einer Person der Kirche kommen, von dem polnischen Kanoniker Nikolaus Kopernikus.
Eine stationäre Erde
Nach der Version eines Universums laut Aristoteles und Ptolemäus lag in der Mitte des Universums die stationäre Erde, um die alles andere kreiste. Sämtliche Sterne waren in einer großen, fernen Sphäre fixiert, die sich rasch um die Erde drehte. Auch Sonne, Mond und Planeten umwanderten mit verschiedenen Geschwindigkeiten die Erde.
Diese Idee schien für die Menschen erklärbar. Immerhin musste man nur draußen stehen und in den Himmel schauen, um festzustellen, dass die Erde an einem Ort blieb, während alles andere im Osten aufstieg und im Westen verschwand. Schon in der Bibel war zu lesen, dass die Sonne sich bewegt, die Erde aber stillstand – und jeder, der dem widersprach, riskierte, der Ketzerei angeklagt zu werden.
»Doch unter allen Entdeckungen und Überzeugungen möchte nichts eine größere Wirkung auf den menschlichen Geist hervorgebracht haben als die Lehre des Kopernikus.«
Johann Wolfgang von Goethe
Nagende Zweifel
Das geozentrische Weltbild hatte niemals alle überzeugt – Zweifel daran tauchten seit mehr als 1800 Jahren immer wieder auf. Die ernstesten Bedenken betrafen die Vorhersage der Planetenbewegungen. Gemäß der aristotelischen Version des Geozentrismus wurden die Planeten – wie alle anderen Himmelskörper – in unsichtbare konzentrische Sphären eingebettet, auf denen sie um die Erde wanderten, und jeder Planet rotierte mit seiner eigenen, konstanten Geschwindigkeit. Dementsprechend müsste sich aber jeder Planet mit einer bestimmten Geschwindigkeit und mit gleichbleibender Helligkeit über den Himmel bewegen – und eben das war nicht zu beobachten.
Ptolemäus’ Fixsterne
Die »eklatanteste« Anomalie war der Mars, den die Babylonier in der Antike sorgfältig beobachtet hatten. Von Zeit zu Zeit schien er sich zu beschleunigen bzw. zu verlangsamen. Verglich man seine Bewegung mit denen der schnell rotierenden äußeren Sphäre der festen Sterne, bewegte sich der Mars meist in eine bestimmte Richtung, aber gelegentlich wechselte er diese – was als »retrograde Bewegung« bezeichnet wurde. Ähnliche, aber schwächere Unregelmäßigkeiten wurden auch bei anderen Planeten beobachtet. Angesichts dieser Probleme überarbeitete Ptolemäus das aristotelische geozentrische Modell. Darin waren die Planeten nicht mit den konzentrischen Sphären verbunden, sondern mit Kreisen, die an den konzentrischen Sphären befestigt waren. Er nannte diese Kreise »Epizyklen«. Das waren untergeordnete Bahnen, auf denen die Planeten kreisten, während die Befestigungspunkte dieser Unterbahnen an der Hauptbahn um die Sonne kreisten. Diese Modifikationen reichten, um die Anomalien zu erklären und den Beobachtungsdaten zu genügen. Allerdings wurde das Modell bald zu kompliziert, als weitere Epizyklen notwendig waren, um Vorhersagen mit den tatsächlichen Beobachtungen in Einklang zu bringen.
»Auf so vielfältige und bedeutende Weise sind die Planeten Zeugen der Mobilität der Erde.«
Nikolaus Kopernikus
Ptolemäus versuchte, einige der Anomalien in Aristoteles’ geozentrischem Modell zu beheben, indem er die These aufstellte, dass sich jeder Planet entlang eines kleinen Epizyklus-Kreises bewegte, der sich seinerseits entlang eines großen Kreises bewegt, der als Deferent bezeichnet wurde. Jeder Deferent eines Planeten umzirkelte ein Zentrum, das von der Position der Erde leicht abwich. Dieser Punkt wiederum drehte sich kontinuierlich um einen anderen Punkt, der als Ausgleichspunkt bezeichnet wurde. Jeder Planet hatte seinen eigenen Ausgleichspunkt oder Äquanten.
Alternative Ansichten
Ab dem 4. Jh. v. Chr. hatten einige Astronomen immer wieder die Theorie vorgeschlagen, das geozentrische Modell zu widerlegen. Eine dieser Ideen war, dass die Erde um ihre eigene Achse rotiert und dass diese Rotation einen großen Teil der täglichen Bewegungen von Himmelsobjekten verursachte. Dieses Konzept war bereits um etwa 350 v. Chr. von dem Griechen Herakleides Pontikos angestoßen worden und später von arabischen und indischen Astronomen. Unterstützer des Geozentrismus lehnten Herkleides’ Idee hingegen als absurd ab und glaubten, dass eine rotierende Erde gewaltige Winde erzeugen würde, sodass Gegenstände auf der Erdoberfläche einfach weggeweht würden. Eine andere Idee, die 250 v. Chr. zuerst von Aristarchos vorgeschlagen wurde, war, dass sich die Erde um die Sonne bewegen könnte. Diese These widersprach nicht nur Aristoteles, sondern auch den Geozentristen, die seit jeher zitiert hatten, was nun wie ein wissenschaftlicher Beweis galt: der »Mangel an Sternparallaxen«. Sie behaupteten, wenn die Erde um die Sonne kreisen würde, müssten Schwankungen in den relativen Positionen der Sterne zu beobachten sein. Doch hätte man derlei Schwankungen noch nie gesehen, sagten sie, folglich könne sich die Erde nicht bewegen. Angesichts solcher traditionellen Überzeugungen und aufgrund mangelnder Beweise durch Beobachtungen konnte man den theologischen Argumenten nichts entgegensetzen, und so überdauerte das geozentrische Weltbild mehrere Jahrhunderte. Erst um 1545 kamen in Europa Gerüchte über eine überzeugende These auf, die ein polnischer Gelehrter namens Nikolaus Kopernikus aufgestellt und schließlich in seinem Buch mit dem Titel De revolutionibus orbium coelestium niedergeschrieben hatte.
In seinem 1660er-Sternenatlas illustrierte der deutsche Kartenmacher Andreas Cellarius die kosmischen Systeme von Ptolemäus, Tycho Brahe und Kopernikus (hier dargestellt).
Kopernikus’ Revolution
Die Arbeit war äußerst umfassend und schlug ein neues mathematisches und geometrisches Modell vor, wie das Universum organisiert war – begründet auf jahrelangen astronomischen Beobachtungen.
Kopernikus’ Theorie beruhte auf einer Reihe von Grundsätzen. Erstens dreht sich die Erde täglich um ihre Achse, und diese Rotation ist die Ursache für die meisten der täglichen Bewegungen von Sternen, Sonne und Planeten am Himmel. Kopernikus dachte, es sei sehr unwahrscheinlich, dass Tausende von Sternen sich alle 24 Stunden um die Erde drehten. Stattdessen hielt er sie für stationär und unbeweglich, ihre scheinbare Bewegung hielt er für eine Illusion, die durch die Eigendrehung der Erde verursacht würde. Um zu widerlegen, dass eine rotierende Erde riesige Winde erzeugen und Gegenstände wegblasen würde, wies Kopernikus darauf hin, dass die Ozeane und die Atmosphäre Teile des Planeten seien und sich natürlich mitdrehten.
Zweitens schlug Kopernikus vor, dass es die Sonne ist, die im Zentrum des Universums steht, nicht die Erde, die nur einer der Planeten ist, die die Sonne unterschiedlich schnell umkreisen.
Elegante Lösung
Diese beiden zentralen Grundsätze der Kopernikus-Theorie waren von größter Wichtigkeit, weil sie die Bewegungen und die Veränderung der Helligkeit der Planeten ohne Rückgriff auf die komplizierten Anpassungen von Ptolemäus erklärten. Wenn die Erde und ein anderer Planet, wie der Mars, die Sonne umkreisen und dies mit verschiedenen Geschwindigkeiten tun und somit unterschiedlich lang für eine Umrundung der Sonne brauchen, werden sie einander manchmal auf der gleichen Seite der Sonne nahe sein und manchmal auf der gegenüberliegenden Seite der Sonne fern voneinander sein. Dies erklärt schlagartig die beobachteten Helligkeitsschwankungen des Mars und der anderen Planeten. Das heliozentrische System erklärte zudem die scheinbar retrograde Bewegung. Anstelle von Ptolemäus’ komplizierten Epizyklen erläuterte Kopernikus, dass eine solche Bewegung auf Veränderungen der Perspektive zurückzuführen sei, die durch die Erde verursacht würde, sowie auf die unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeit der anderen Planeten.
Im ptolemäischen Weltbild (oben) befindet sich die Erde im Zentrum, und andere Himmelskörper bewegen sich um die Erde herum. Im kopernikanischen Weltbild (unten) hat die Erde zusammen mit dem Mond die Position mit der Sonne vertauscht, und die Sphäre der Fixsterne ist viel weiter entfernt.
Weit entfernte Sterne
Ein weiteres Prinzip von Kopernikus war, dass die Sterne viel weiter von der Erde und der Sonne entfernt sind, als bisher angenommen wurde. Er sagte, dass »… der Abstand zwischen Erde und Sonne nur ein Bruchteil der Entfernung von Erde und Sonne zu den Sternen ist«. Ältere Astronomen wussten, dass die Sterne weit entfernt waren, aber nur wenige, wie weit weg sie waren – und diese Forscher, wie Aristarchos, hatten es nie geschafft, jemanden davon zu überzeugen. Heute weiß man, dass die erdnächsten Sterne etwa 260 000-mal so weit von uns entfernt sind wie die Sonne. Aber Kopernikus’ Vermutung war bezüglich seiner Schlussfolgerungen über die Sternenparallaxe sehr wichtig. Seit Jahrhunderten hatten die Befürworter des Geozentrismus argumentiert, dass das Fehlen einer Parallaxe nur durch die Unbeweglichkeit der Erde zu erklären war. Nun gab es eine alternative Erklärung: Die Parallaxe war nicht abwesend, aber wegen der großen Distanz zu den Sternen war der Winkel einfach zu klein, um ihn mit den damaligen Instrumenten messen zu können.
»Die Dinge, die ich jetzt sage, sind vielleicht verwirrend, doch ich werde sie an der passenden Stelle verdeutlichen.«
Nikolaus Kopernikus
Kopernikus hatte zusätzlich postuliert, dass die Erde im Zentrum der Mondumlaufbahn stehe – dass also der Mond die Erde umkreise, wie im geozentrischen Weltbild. In seinem heliozentrischen Modell bewegt sich der Mond um die Erde, welche die Sonne umkreist. In diesem System war der Mond das einzige Objekt, das sich nicht primär um die Sonne bewegt. Obwohl das Werk von Kopernikus weit verbreitet wurde, dauerte es mehr als ein Jahrhundert, bis die meisten anderen Astronomen – nicht aber die breite Öffentlichkeit – seine Grundgedanken akzeptierten. Ein Wermutstropfen war, dass auch sein Modell – obwohl es viele der Probleme des ptolemäischen Systems löste – Fehler enthielt, die von späteren Astronomen korrigiert werden mussten. Manche dieser Fehler waren darauf zurückzuführen, dass Kopernikus aus philosophischen Gründen daran festhielt, dass alle Bewegungen der Himmelskörper mit den unsichtbaren Sphären zu tun hatten, in die sie eingebettet waren, und dass diese Bewegungen perfekte Kreise sein mussten. Dies zwang Kopernikus, einige der Ptolemäus-Epizyklen in seinem Modell beizubehalten. Später ersetzte Johannes Kepler die kreisförmigen Umlaufbahnen der Planeten durch elliptische Bahnen, wodurch die meisten der verbliebenen Fehler im Kopernikus-Modell beseitigt wurden. Erst in den 1580er-Jahren und durch die Erkenntnisse des dänischen Astronomen Tycho Brahe wurde die Idee der kreisförmigen Umlaufbahnen zugunsten freier Bahnen aufgegeben.
Im ptolemäischen Weltbild (links) wurde der Grund für die gelegentliche retrograde (rückwärts gerichtete) Bewegung des Mars in Schleifen gesehen, die der Planet im Raum zurücklegt. Im kopernikanischen Modell (rechts) wurde die retrograde Bewegung einfach durch Veränderungen der Perspektive verursacht, weil Erde und Mars die Sonne mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten umkreisen. Die Erde würde von Zeit zu Zeit den Mars auf der Innenseite »überholen«, wie hier gezeigt, wodurch der Mars seine scheinbare Bewegungsrichtung für mehrere Wochen umkehrt.
Die scheinbar retrograde Bewegung des Mars tritt etwa alle 26 Monate für 72 Tage auf. Seine Bahn liegt auf einer etwas anderen Ebene als die der Erde, was die scheinbare Schleife hervorruft.
»Ich bin betroffen vom Schicksal unseres Lehrers Kopernikus, der, obwohl er einigen unsterblichen Ruhm errungen hatte, doch von unzähligen Leuten verhöhnt und verurteilt wurde (sehr groß ist die Zahl der Dummen).«
Galileo Galilei
Von der Kirche verboten
De revolutionibus traf zunächst auf wenig oder gar keinen Widerstand vonseiten der römischkatholischen Kirche, dafür verurteilten es einige Protestanten als ketzerisch. Im Jahr 1616 jedoch erfolgte der Bann durch die katholische Kirche, und das Buch blieb mehr als 200 Jahre verboten. Die Entscheidung der Kirche hatte mit dem Streit zu tun, den sie mit dem Astronomen Galileo Galilei hatte. Galilei war ein begeisterter Verfechter der kopernikanischen Theorie und hatte im Jahr 1610 Entdeckungen gemacht, die die heliozentrische Ansicht massiv unterstützten. Der Streit mit Galilei veranlasste die kirchlichen Behörden, De revolutionibus einer intensiven Prüfung zu unterziehen – und vermutlich führte die Tatsache, dass sich einige von Kopernikus’ Sätzen gegen biblische Texte richteten, zu dem Verbot.
Von den Astronomen zunächst etwas zwiespältig beäugt und von der katholischen Kirche verboten, dauerte es lange, bis sich das heliozentrische Modell von Kopernikus durchsetzen konnte. Mehrere Jahrhunderte verstrichen, bevor sich einige seiner Grundsätze auch unbestritten als wahr herausstellten. Dass sich die Erde in Bezug auf die Sterne bewegt, wurde schließlich 1729 von dem englischen Astronomen James Bradley schlüssig bewiesen. Der finale Beweis der Erdrotation erfolgte mit der ersten Demonstration von Foucaults Pendel im Jahr 1851 in Paris.
Nikolaus Kopernikus
Nikolaus Kopernikus wurde 1473 in Thorn (Polen) geboren. Von 1491 bis 1495 studierte er Mathematik, Astronomie und Philosophie an der Universität von Krakau, dann Kirchenrecht und Astronomie an der Universität von Bologna (Italien). 1497 bekam er an der Kathedrale von Frombork (Frauenburg) einen Posten als Kanoniker, den er zeitlebens bekleidete. Von 1501 bis 1505 studierte er Recht, Griechisch und Medizin an der Universität von Padua (Italien). Anschließend kehrte er nach Frombork zurück, wo er großenteils lebte. 1508 begann er, sein heliozentrisches Weltbild zu entwickeln. Er schloss diese Arbeit erst 1530 ab und veröffentlichte bis 1514 nur eine Zusammenfassung seiner Ideen. Angesichts seiner Erkenntnis, dass er riskierte, sich lächerlich zu machen oder verfolgt zu werden, ließ er seine Theorie erst in den letzten Wochen seines Lebens drucken.
Hauptwerke
1514Commentariolus
1543De revolutionibus orbium coelestium
DIE TELESKOPREVOLUTION
1550–1750
1576
Tycho Brahe baut auf der Insel Ven, von wo aus er seit 20 Jahren Beobachtungen macht, ein großes Observatorium.
1608
Der holländische Brillenmacher Hans Lippershey erhält auf ein Teleskop mit dreifacher Vergrößerung ein Patent.
1619
Johannes Kepler beschreibt mit seinen drei Gesetzen der Planetenbewegung die elliptischen Bahnen der Planeten.
1600
Der italienische Mönch Giordano Bruno wird – nachdem er die Ansicht vertreten hat, dass weder Sonne noch Erde von zentraler Bedeutung im Universum sind – als Ketzer auf dem Scheiterhaufen verbrannt.
1610
Galileo Galilei entdeckt mit einem Teleskop von 33-facher Vergrößerung vier Monde, die den Jupiter umkreisen.
1639
Der englische Astronom Jeremia Horrocks beobachtet den Transit der Venus vor der Sonnenscheibe.
1659
Der niederländische Astronom Christiaan Huygens beschreibt die Form der Saturnringe zum ersten Mal korrekt.
1676
Der Däne Ole Rømer misst die Geschwindigkeit des Lichts, während er die Sonnenfinsternisse des Jupitermonds Io beobachtet.
1705
Der englische Astronom Edmond Halley prognostiziert die Rückkehr jenes Kometen, der fortan seinen Namen trägt.
1675
Giovanni Domenico Cassini entdeckt in Saturns Ringen eine Lücke und schließt daraus, dass die Ringe nicht fest sind.
1687
Isaac Newton veröffentlicht sein Werk Principia, in dem er sein universelles Gravitationsgesetz darlegt.
1725
James Bradley beweist, dass die Erde sich bewegt, indem er einen Effekt namens stellare Aberration demonstriert.
Der Däne Tycho Brahe war der letzte große Astronom in der Ära vor der Teleskoprevolution. Da er sich dessen bewusst war, wie wichtig es war, die genauen Sternpositionen aufzuzeichnen, baute Tycho einige hochpräzise Instrumente zur Messung von Winkeln und sammelte unzählige Beobachtungen, die jenen von Kopernikus weit überlegen waren.
Vergrößerung des Bildes
Das Reich der Himmelskörper schien den Astronomen zur Zeit von Tychos Tod im Jahr 1601 noch unbegreiflich und unzugänglich. Erst die Erfindung des Teleskops um 1608 brachte das ferne Universum plötzlich deutlich näher.
