Einführung
Die Ursprünge der modernen Astronomie gehen auf die Antike zurück, auf das 3. und 2. Jahrtausend vor Christus. Diese Periode der Geschichte war mit komplexen Kulturen verbunden, die sich in Ägypten und Babylon entwickelten. Das Hauptproblem besteht darin, dass dieses Wissen nur bruchstückhaft vorhanden ist, da nur wenige Schriften aus dieser Zeit erhalten sind. Die nächste Periode war mit den Entdeckungen und der von Platon und Aristoteles entwickelten Weltordnung verbunden. Aristoteles (384-322 v. Chr.) weist zu Recht darauf hin, dass der Schatten, den die Erde bei einer Sonnenfinsternis auf den Mond wirft, immer kreisförmig ist, und dass dies nur dann der Fall sein kann, wenn die Erde eine Kugel ist1. Die Griechen kannten nicht nur die Form der Erde, sondern Eratosthenes gelangte auch zu einer hervorragenden Schätzung der tatsächlichen Größe der Erde.
Seitdem weiß jeder, dass die Erde kugelförmig ist. So war es auch mit dem Himmel. Das klassische griechische Modell des Universums bestand aus einer kugelförmigen Erde im Zentrum eines kugelförmigen Kosmos. Im Zentrum befand sich die Erdkugel, um sie herum die Hülle des Wassers, dann die Hülle der Luft und schließlich die Hülle des Feuers. Die Körper bestanden aus diesen Elementen in unterschiedlichen Verhältnissen. Platon beschrieb seine Ideen im Timaios und erklärte, dass die Menschen in einem Kosmos lebten, der durch das Gesetz2 geregelt wurde.
Hauptteil
Der nächste Schritt wurde von Eudoxus unternommen, der für jeden Planeten ein Konzept von drei oder vier konzentrischen Sphären formulierte, mit dem er mathematisch nachwies, dass die Bewegungen der Planeten doch gesetzmäßig sind. Er nahm an, dass sich jeder Planet auf dem Äquator der innersten Kugel befindet, die sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit dreht und den Planeten mit sich führt3. Die Pole dieser Sphäre wurden als in die nächste Sphäre eingebettet betrachtet und von dieser getragen, während sie sich ebenfalls gleichmäßig drehte, und so weiter für die dritte und die vierte. Der Winkel der Achse jeder Kugel wurde sorgfältig gewählt, ebenso wie ihre Rotationsgeschwindigkeit, wobei die äußerste Kugel in jedem Fall die tägliche Bahn des Planeten um die Erde erzeugte4.
Für jeden der fünf Kleinplaneten drehten sich zwei der Kugeln mit gleicher und entgegengesetzter Geschwindigkeit um Achsen, die sich nur geringfügig unterschieden. Aristoteles hat eine ganz andere Einschränkung gemacht: Die Sphären der Modelle waren Konstruktionen in den Köpfen der Mathematiker und erklärten nicht in physikalischer Hinsicht, wie die Planeten dazu kommen, sich so zu bewegen, wie wir sie beobachten. Seine Lösung bestand darin, die mathematischen Sphären in die physikalische Realität zu übertragen und sie zu einem zusammengesetzten Nest für das gesamte System zu kombinieren5.
Den größten Beitrag leisteten Apollonius von Perge und Hipparchus von Nicea. Sie schufen komplexe Modelle des Universums, die auf exzentrischen Kreisen basieren. Apollonius von Perga entwickelte zwei geometrische Werkzeuge, die diese Flexibilität ermöglichten. Bei dem einen bewegte sich der Planet gleichmäßig auf einem Kreis, aber der Kreis war nun exzentrisch zur Erde6. Infolgedessen bewegte sich der Planet scheinbar schneller, wenn er sich der Erde näherte, und langsamer, wenn er sich auf der anderen Seite seiner Bahn befand.
Im anderen Fall befand sich der Planet auf einem kleinen Kreis, dem Epizykel, dessen Mittelpunkt auf einem anderen Kreis um die Erde geführt wurde7. Durch Hipparchus begann die geometrische Astronomie der Griechen, präzise Parameter zu übernehmen, die aus den langen Jahrhunderten stammten, in denen die Babylonier ihre Beobachtungen aufgezeichnet hatten. Hipparchus stellte eine Liste der in Babylon beobachteten Mondfinsternisse aus dem 8. Jahrhundert v. Chr. zusammen, und diese Aufzeichnungen waren für seine Untersuchung der Bewegungen von Sonne und Mond von entscheidender Bedeutung, denn während einer Finsternis befinden sich diese beiden Körper genau in einer Linie mit der Erde.
Die wichtigste Entdeckung des Hipparchos war die der Präzession der Tagundnachtgleichen, der langsamen Bewegung der Sterne an den beiden gegenüberliegenden Stellen, an denen die Sonne den Himmelsäquator überquert. Große Entdeckungen machten auch Aristarchos von Samos, der ein heliozentrisches Modell des Universums vorschlug, und Eratosthenes, der die tatsächliche Größe der Erde schätzte8.
Die Zeit zwischen Hipparchos und Ptolemäus gilt als dunkles Zeitalter der Astronomie. Das größte Werk von Ptolemäus, der Almagest, enthielt geometrische Modelle und dazugehörige Tabellen, mit denen die Bewegungen von Sonne, Mond und den fünf Kleinplaneten für die unbestimmte Zukunft berechnet werden konnten. Sein Katalog enthält über 1.000 Fixsterne, die in 48 Sternbildern angeordnet sind, und gibt für jeden Stern die Länge, die Breite und die scheinbare Helligkeit an. In einem Planetenmodell war der Äquant der Punkt, der der exzentrischen Erde symmetrisch gegenüberlag, und der Planet musste sich auf seiner Kreisbahn so bewegen, dass er sich vom Äquantpunkt aus scheinbar gleichmäßig über den Himmel bewegte9.
Im 13. Jahrhundert glich ein anonymer Autor mit seiner Theorie der Planeten einige der Mängel der Sphäre aus. Darin wurden die ptolemäischen Modelle der verschiedenen Planeten mit klaren Definitionen einfach dargestellt.
In der Zwischenzeit wurden am Hof von König Alfons X. von Kastilien die alten Toledanischen Tabellen durch die Alfonsinischen Tabellen ersetzt; moderne Computeranalysen haben gezeigt, dass diese Tabellen, die für die nächsten 300 Jahre als Standard gelten sollten, auf der Grundlage ptolemäischer Modelle berechnet wurden, wobei die Parameter nur gelegentlich aktualisiert wurden10. Oresme sah eine wichtige Auswirkung des Impetuskonzepts. Wenn sich die Erde tatsächlich drehte, würde sich der Bogenschütze, wenn er auf der Erdoberfläche stand, mit ihr bewegen. Folglich würde er, während er sich zum Abschuss des Pfeils vorbereitet, dem Pfeil unbewusst einen seitlichen Impuls verleihen. Mit diesem Impuls ausgestattet, würde sich der Pfeil im Flug sowohl horizontal als auch vertikal bewegen und dabei mit der Erde Schritt halten, so dass er genau an der Stelle zu Boden fallen würde, von der aus er abgeschossen wurde11.
Die nächste Phase der wissenschaftlichen Entwicklung war mit Nikolaus Kopernikus (1473-1543) und neuen wissenschaftlichen Entdeckungen verbunden. Kritiker räumen ein, dass viele Jahre vergingen, in denen Kopernikus seine mathematische Astronomie fernab von den intellektuellen Zentren Europas entwickelte. Das Buch von Kopernikus, De Revolutionibus, befasste sich mit geometrischen Modellen der Planetenumlaufbahnen. Die Prutenischen Tafeln von Erasmus Reinhold (1511-53) bewiesen, dass der heliozentrische Ansatz “den praktischen Test bestehen konnte “12. Kopernikus skizzierte die Konsequenzen, die sich aus der Grundannahme ergeben, dass die Erde ein gewöhnlicher Planet ist, der die Sonne umkreist.
Das heliozentrische Universum war ein wahrer Kosmos: “In der Mitte von allem wohnt die Sonne. Denn wer würde in diesem schönsten Tempel diese Lampe an einen anderen oder besseren Ort stellen als den, von dem aus sie das Ganze gleichzeitig erleuchten kann? Manche nennen sie nicht zu Unrecht die Laterne des Universums, andere seinen Geist und wieder andere seinen Herrscher “13. Diese Entdeckungen wurden von anderen Wissenschaftlern wie Galileo Galilei gemacht und bewiesen.
Schlussfolgerung
Man kann sagen, dass es schwierig war, das geozentrische Modell zu überwinden, weil die Wissenschaftler keine Möglichkeit hatten, ihre Beobachtungen zu beweisen und den Weltraum zu erforschen. Die meisten ihrer Entdeckungen wurden hypothetisch durch mathematische und geometrische Formeln und Schätzungen bewiesen. Die Entwicklung eines Teleskops mit 8-facher Vergrößerung eröffnete den Wissenschaftlern neue Möglichkeiten, das Universum zu entdecken. Bis zur Erfindung des Fernrohrs hatte jede Generation von Astronomen im Wesentlichen denselben Himmel betrachtet wie ihre Vorgänger14. Wenn sie mehr wussten, dann vor allem deshalb, weil sie mehr Bücher zu lesen und mehr Aufzeichnungen zu studieren hatten.
Im Gegensatz dazu sah Galilei mit seinem Fernrohr Wunder, die niemandem vor ihm vergönnt waren: Sterne, die ihm verborgen geblieben waren, vier Monde, die den Planeten Jupiter umkreisten, seltsame Anhängsel des Saturn, die erst ein halbes Jahrhundert später als Ringe erkannt wurden, mondähnliche Phasen der Venus, Berge auf dem Mond, die sich nicht sehr von denen auf der Erde unterschieden, sogar Flecken auf der vermeintlich perfekten Sonne. Er konnte die Vermutung von Aristoteles bestätigen, dass die Milchstraße aus Myriaden von kleinen Sternen besteht15. Die wissenschaftliche Revolution eröffnete den Wissenschaftlern also neue Möglichkeiten, die physikalischen Einwände zu entkräften.
Endnoten
Literaturverzeichnis
Couper, H., N. Henbest, Clarke, A.C. The History of Astronomy. Firefly Books, 2007.
Heilbrin, J. L. The Oxford Guide to the History of Physics and Astronomy. Oxford University Press, USA, 2005.
Evans, J. The History and Practice of Ancient Astronomy. Oxford University Press, USA, 1998.
Pannekoek, A. A History of Astronomy. Dover Publications; New Ed edition, 1989.