Astronomie - ein neues Weltbild entsteht Alles ist eine Frage des

Astronomie - ein neues Weltbild entsteht
oder
Alles ist eine Frage des Standpunktes
Astronomie - ein neues Weltbild entsteht
Als Einstimmung der Ausschnitt eines Berichts vom
Internetstandard zum Sternenhimmel Februar 2004
Sirius funkelt in einem bläulich-weißen Licht und ist der hellste
Fixstern am irdischen Firmament. Mit knapp neun Lichtjahren
Entfernung gehört Sirius zu den Nachbarsonnen unserer eigenen
Sonne.
Schon im Altertum genoss Sirius bei vielen Völkern eine besondere
Verehrung.
Astronomie - ein neues Weltbild entsteht
Bei den alten Ägyptern hieß dieser hellste Stern des Himmels
Sothis. Wenn Sothis in den Sommermonaten erstmals wieder am
Morgenhimmel sichtbar wurde, so wussten die ägyptischen
Priesterastronomen, dass ein Jahr vergangen war und die
Nilüberschwemmung bevorstand. Sie fanden mit Hilfe von Sothis
auch heraus, dass ein Sonnenjahr einen Vierteltag länger dauert
als genau 365 Tage. König Ptolemaios III., Euergetes, ordnete
daher im Edikt von Kanopus im Jahre 238 vor Christus an, dass
jedem vierten Jahr ein Schalttag einzufügen sei.
Astronomie - ein neues Weltbild entsteht
Der römische Feldherr Gaius Julius Caesar übernahm diese Regel,
als er in seiner Eigenschaft als Pontifex Maximus, als oberster
Priester, den römischen Kalender reformierte. Noch heute gilt die
Regel, dass jedes restlos durch vier teilbare Jahr ein Schaltjahr zu
366 Tagen ist. Und so hatte der Februar 2004 eben 29 Tage statt wie
sonst 28.
Astronomie - ein neues Weltbild entsteht
Allerdings ist ein tropisches Sonnenjahr, also die Zeit zwischen zwei aufeinander
folgenden Frühlingsanfängen, rund 14 Minuten kürzer als das julianische Jahr
von exakt 365 Tagen und 6 Stunden. Die Sonne eilt somit jährlich um 14 Minuten dem kalendarischen Frühlingsbeginn voraus. Deshalb reformierte Papst
Gregor XIII. im Jahre 1582 abermals den Kalender. Auf den 4. Oktober ließ er
unmittelbar den 15. Oktober 1582 folgen, um den bis dahin aufgelaufenen Fehler
zu korrigieren. Außerdem verfügte er in seiner Bulle, dass die Säkularjahre keine
Schaltjahre sind - es sei denn, sie sind restlos durch 400 teilbar. So waren 1700,
1800 und 1900 keine Schaltjahre, 1600 und 2000 hingegen schon.
Inzwischen hinkt der Julianische Kalender um 13 Tage hinter dem
Gregorianischen hinterher.
Anmerkung:
die nachfolgenden Überlegungen findest Du in verkürzter bzw.
leicht abgewandelter Form in „unserem“ Physikbuch
(Jaros, Basiswissen 1/2) ab Seite 98.
Vergleiche die Darstellungen und exzerpiere diese auch
in Hinsicht auf die Arbeitsblätter in der für Dich
günstigsten Weise!
Das in unserer Kultur tradierte Wissen stammt
überwiegend aus griechischen Wurzeln, deren Fortführung
prägte die Entwicklung und Geschichte Mitteleuropas.
Bereits in den Schriften von
Aristoteles (384 - 322 v.Chr.)
findet man einen Beweis für die Kugelgestalt der Erde: da
der Schatten der Erde auf den Mond (bei
Mondfinsternissen) immer kreisförmig ist, muss die Erde
näherungsweise eine Kugel sein!
Ein Beispiel für Berechnung des Umfangs der Erde
(Kugel!), wie es bereits in der Antike durchgeführt wurde:
Ein weiteres Beispiel für Abschätzungen & Berechnungen,
wie es sie ähnlich bereits in der Antike gab:
Heutzutage:
Die unregelmäßigen Bewegungen der
Planeten, die für irdische Beobachter
Schleifen bildeten und somit zeitweise
„rückläufig“ waren, erklärte Ptolemaios
(~90 - 160 n.Chr.) durch Kreisbahnen
(=Epizyklen), die sich den Grundkreisen
(=Deferenten) der Planetenbahnen
überlagern.
Nach dem Niedergang
Griechenlands führten (von
unserer Sicht aus) Araber die
astronomische Forschung
weiter. In der kulturellen
Entwicklung nach Mohammed
wurden in Kairo und Bagdad
Sternwarten gegründet, die
bedeutendsten Werke der
Antike ins Arabische übersetzt
und kamen um 1200 über
Spanien in das Abendland.
Das ptolemäische Weltbild wurde als außerordentlich
kompliziert empfunden; König Alfons X. von
Kastilien hat angeblich nach dessen Erklärung
ausgerufen: „Wenn unser Herrgott mich bei der
Erschaffung der Welt zu Rate gezogen hätte, würde
ich eine größere Einfachheit empfohlen haben!“
Besonders in der für die Machtposition immer
wichtiger werdenden Seefahrt war für eine genaue
Positionsbestimmung das ptolemäische System sehr
aufwändig (s.a. das Problem der Längengradbestimmung und die Datei „AstronomieMittelalter.pdf“)!
Viele Überlegungen und Beobachtungen sprachen
dafür, die Erde aus dem Zentrum der Welt zu rücken
und statt ihr die Sonne als Mittelpunkt anzunehmen.
Dabei ging es nicht nur um die
Auseinandersetzung von
Wirklichkeit und Wahrheit
(welche die röm. Kirche
hütete), sondern auch um
Macht und Einfluss selbiger.
Oftmals spiegelte sich in der angestrebten
Veränderung der Versuch wider, den
Wahrheitsanspruch der Kirche anzuzweifeln.
Dies forderte die Kirche
heraus; Ketzer wie z.B. G.
Bruno mussten eliminiert
werden, notfalls sterben; nicht
zuletzt auch zur Erhaltung der
Macht der (weltlichen)
Herrscher.
So ließ auch der Domherr Nikolaus Kopernikus (1473 1543) erst in seinem Todesjahr sein Buch „De
revolutionibus orbium coelestium“ (Über die Bewegung der
Himmelskörper ) drucken, in dem er ein neues Weltbild
darlegte.
Er zweifelte dabei jedoch nicht die Aussagen der Bibel an,
sondern erwartete eine Vereinfachung der Beschreibung
der Planetenbewegungen.
Johannes Kepler (1571 - 1630)
Kepler hatte die kopernikanischen Ideen schon als junger Student
an der Universität Tübingen kennen gelernt und war von ihnen tief
beeindruckt. Besonders interessierten ihn die Verhältnisse der
Planetenbahnradien. Zuerst dachte er, die Planetenbahnen könnten
einbeschriebene und umschriebene Kreise einer Reihe regelmäßiger
Vielecke sein. Als sich dieser Gedanke als unbrauchbar erwies,
ersetzte er die Kreise durch Kugeloberflächen und die Vielecke
durch die fünf regulären Körper Oktaeder, lkosaeder, Dodekaeder,
Tetraeder und Würfel. Die Idee geht auf Platon und seine
Vorstellung zurück, dass diese Formen hinter den 4 Elementen
(später kam der 5-eckige 12-Flächner für den Äther noch dazu)
stecken (z.B. Erde =Würfel). Keplers Freude war groß, als er fand,
dass die - damals ungenauen - Messdaten eine Deutung dieser Art
zuzulassen schienen. Die Welt, so hatte es den Anschein, war nach
einfachen geometrischen Gesetzen gebaut.
Nachfolgend einige Abschnitte aus jener Arbeit
(„Weltharmonik“), in der er sich mit der Harmonie der Welt,
der Zahlen, Musik und den Bewegungen der Planeten
auseinandersetzt.
Um diese Vorstellungen an genauerem Beobachtungsmaterial überprüfen zu können, zog Kepler zum kaiserlichen
Hofastronomen Tycho Brahe nach Prag. Dieser hervorragende Himmelsbeobachter besaß die besten Messinstrumente der damaligen Zeit, war sich dessen bewusst und
gab seine Beobachtungsdaten kaum weiter.
Obgleich ihm für seine Beobachtungen ein Fernrohr noch
nicht zur Verfügung stand, erreichte er eine Messgenauigkeit
von ungefähr einer Winkelminute. Das entspricht etwa dem
dreißigsten Teil einer Vollmondbreite. Besonders genau hatte
Brahe die Marsbahn vermessen, und Kepler machte sich an
die Aufarbeitung dieses riesigen Zahlenmaterials.
Dabei zeigte sich nach langer
und mühevoller Rechnung, dass
mit Kreisbahnen nicht durchzukommen war.
Nun tat Kepler einen ungeheuer bedeutungsvollen, kühnen
Schritt: Er gab die aristotelische Vorstellung von der
gleichförmigen Kreisbewegung auf, zog die Ellipse als
mögliche Bahnform heran und hatte mit einem Schlag vollen
Erfolg.
Im Jahre 1609 veröffentlichte
Kepler in seinem Buch
»Astronomia nova« (Neue
Astronomie) die Ergebnisse
seiner mühseligen Arbeit und
fasste sein Wissen in zwei
Gesetzen zusammen.
Anm.: Vom heutigen Standpunkt aus sind
auch die Ellipsenbahnen nur Näherungen.
Durch die Abweichung von diesen konnten
sogar äußere Planeten entdeckt werden!
Zehn Jahre später veröffentlichte er in „Harmonices mundi“
(Die Harmonie der Welt) ein weiteres Gesetz, das die
Beziehung der Umlaufzeiten verschiedener Planeten
herstellte:
Kepler bestritt nicht den theologischen Wahrheitsgehalt der
Bibel. Allerdings war er auch vor dem Vatikan relativ gut
abgeschirmt.
Was waren eigentlich die
Streitpunkte zwischen römischer Kirche
und den
Vertretern des heliozentrischen Weltbilds ?
Man hielt es für widersinnig, dass etwas so Großes wie die
Erde nur ein winziger Bruchteil des Weltalls sein sollte, und
für noch viel widersinniger, dass etwas so Großes und Festes
sich bewege. Man glaubte auch, einige wichtige Gründe zu
kennen, die dagegen sprechen.
Versetze Dich bei den nachfolgenden Überlegungen
- in eine Zeit vornaturwissenschaftlichen Denkens und wäge „pro & kontra“ ab!
(1) Wenn die Erde tatsächlich am Tage eine Umdrehung
vollführen würde, müssten fallende Körper in westlicher
Richtung auf die Erde aufschlagen, weil sich die Erde während
der Fallbewegung weitergedreht hat. Außerdem müsste ständig
ein fürchterlicher Sturm von Osten nach Westen wehen, so dass
"ein Vogel, der ausfliegt, nicht mehr imstande wäre, in sein Nest
zurückzukehren“.
(2) Wenn die Erde im Laufe eines Jahres wirklich um die Sonne
liefe, müsste die scheinbare Größe gewisser Sternbilder jährliche
Schwankungen zeigen, da sich ihre Entfernung während eines
Erdumlaufs verändert. (Hier erwiderte übrigens bereits
Kopernikus, die Erde und ihre Bahn stünden zur Größe des
Weltalls im gleichen Verhältnis „wie ein Punkt zu einem
Klumpen Erde".)
(3) Wenn sich die Planeten nicht auf Kreisen, den vollkommensten Kurven der Schöpfung, bewegen, warum laufen sie
dann ausgerechnet auf Ellipsen und nicht auf einer der unzähligen anderen denkbaren Kurven ?
Dazu kamen noch theologische Einwände:
(4) In der Bibel heißt es im 10. Kapitel des Buches Josua: »Und
der Herr sprach: >Sonne, stehe still zu Gibeon, und Mond im
Tale Ajalon<. Da standen die Sonne und der Mond still, bis dass
sich das Volk an seinen Feinden rächte. « Die Sonne muss sich
daher normalerweise bewegen und kann nicht im Mittelpunkt
des Planetensystems ruhen.
(5) Falls die Erde nur ein Planet ist und Fixsterne Sonnen sind,
die ebenfalls wieder bewohnte Planeten haben können, weshalb
ist Christus gerade auf die Erde herabgestiegen?
Galileo Galilei (1564-1642)
Galilei konnte das heliozentrische Weltbild mit weiteren Beobachtungen stützen. Er hatte von der Erfindung des Fernrohres
gehört und sich selbst eine derartige »optische Röhre« für den
eigenen Gebrauch gebaut. Und weil er »weder Mühe noch Ausgaben sparte«, hatte er bald ein »ausgezeichnetes Instrument«
fertiggestellt, das ungefähr 30fach vergrößerte.
Dieses Gerät richtete er zunächst auf den Mond und erblickte
dort Musterungen, die er als Schatten deutete, welche von den
Unebenheiten der Mondoberfläche geworfen wurden. Er
schreibt: »Ganz ähnliche Erscheinungen haben wir hier auf der
Erde zur Zeit des Sonnenaufganges, wenn die Täler noch nicht
vom Licht durchflutet sind, die Berge aber bereits im Glanz der
Lichtstrahlen funkeln. " Der Mond war also keineswegs eine
vollkommene Kugel, wie es Aristoteles behauptet hatte.
Nun richtete Galilei sein Fernrohr auf Jupiter
und sah vier Monde um den großen Planeten
kreisen. Er erkannte, dass dieses System eine
verkleinerte Kopie des großen Sonnensystems
ist. So wie Jupiter von seinen Monden wird
offenbar die Sonne von ihren Planeten
umlaufen Schließlich entdeckte er noch den
Phasenwechsel der Venus, der nur aus der
Annahme einer Umlaufbewegung dieses
Planeten um die Sonne erklärbar war. Am 30.
Januar 1610 schrieb er an den Großherzog
von Toskana ». . . Ich bin ganz außer mir vor
Staunen und Gott unendlich dankbar, dass es
ihm gefallen hat, mir die Entdeckung so
großer Wunder zu erlauben ... «
Galileis wesentlicher Schritt (gegenüber den anderen Verfechtern
des heliozentrischen Weltbilds) bestand darin, Beobachtungen an
die Stelle ausschließlicher Denküberlegungen zu setzen,
Experimente als Entscheidungskriterien für Modelle heranzuziehen und die Beschreibung der Natur(gesetze) von (theologischen) Wahrheitsaussagen zu trennen. Mit dieser Erkenntnis
wollte er als Höfling - vereinfacht gesprochen - Karriere machen
und den Papst als Protektor gewinnen.
Galilei gilt als Begründer der Naturwissenschaften, auch sah er
selbst nie einen Widerspruch zur Kirche, die ihn aus persönlichen
Gründen von Kardinal Bellarmine (lediglich) dazu zwang, den
Wahrheitsgehalt der (römischen) Bibel(auslegung) anzuerkennen.
Das umstrittene Werk weist sogar den Imprimatur auf !
Galileis Beobachtungen stießen auf Widerstand. Einige Gelehrte
meinten, das Fernrohr zeige Dinge, die gar nicht existierten. Ein
angesehener Mathematiker schrieb: »Ich lache über die angeblichen Jupiterbegleiter. Da muss man erst ein Fernrohr bauen, das
diese Bilder erzeugt und dann natürlich zeigt! Mag Galilei bei
seiner Meinung bleiben. Ich halte an der meinen fest.« Die Theologen wiederum weigerten sich, durch das Fernrohr zu sehen, und
beriefen sich auf Matthäus 4.8, wo steht: »Wiederum führte ihn
der Teufel auf einen hohen Berg und zeigte ihm die Reiche der
Welt und ihre Herrlichkeit.«
Anm.: Galileis Fernrohr war so mangelhaft, dass heute kaum
ein Astronom aus dem Gesehenen dessen Folgerungen
unterstützen würde!
Am 19. August 1610 schrieb
Galilei an Kepler: »Du hättest
laut lachen müssen, wenn du
gehört hättest, was für Dinge der
erste Philosoph der Universität
Pisa in Gegenwart des Großherzogs gegen mich anführte,
wie er sich bemühte, mit Gründen der Logik die Jupiterbegleiter vom Himmel wegzudisputieren. Was ist da zu
machen? Ich meine, lieber
Kepler, wir lachen herzhaft über
die bodenlose Dummheit des
Volkes.«
1613 veröffentlichte Galilei seine »Briefe über die Sonnenflecken", in denen er kein Hehl aus seinen kopernikanischen
Ansichten machte. 1616 kam die ganze Angelegenheit vor die
Inquisition, welche eine Zusammenkunft der sie beratenden
Theologen einberief, um folgende zwei Behauptungen zu erörtern:
1. Die Sonne ist der Mittelpunkt der Welt und steht still.
2. Die Erde ist nicht der Mittelpunkt der Welt, noch steht sie still,
sondern bewegt sich mit einer täglichen Drehung.
Die Versammlung erklärte die erste Behauptung für »falsch,
widersinnig und ketzerisch« und sagte über die zweite, »sie
verdiene den gleichen Tadel und sei zumindest unrichtig im
Glaubensbekenntnis«. Galilei wurde ermahnt, von diesen
Meinungen abzulassen. Das tat er aber nicht, sondern
veröffentlichte 1632 einen Dialog über die beiden Weltsysteme.
Er wurde daher von der Inquisition verurteilt und musste drei
Jahre lang Buße tun.
1637 erblindete er, wie manche glauben, als Folge der Beobachtung der Sonne ohne entsprechenden Schutz für die Augen.
Fünf Jahre später starb Galilei nach einem ruhigen Lebensabend
in einem herzoglichen Haus. 1736 wurde für ihn in Florenz im
Hauptschiff der Kirche Santa Croce ein Mausoleum errichtet, in
dem sein Leichnam noch heute ruht.
Zwischenbilanz
FRAGEN zur SELBSTKONTROLLE
Versuche, folgende Fragen zu beantworten bzw. überlege
die Bedeutung der Stichworte, gehe Deine Aufzeichnungen bzw. die Präsentation nochmals durch!
?
Wie bewegen sich die Himmelskörper nach Aristoteles' Auffassung?
Wie brachte Ptolemaios die Planetenbewegung mit der aristotelischen Auffassung
von der gleichförmigen Kreisbewegung der Himmelskörper in Einklang?
Welche Vorteile hat das heliozentrische Weltbild?
Wie erklärt Kopernikus die Schleifenbewegung der Planeten?
Worin bestand Keplers große Leistung?
Wie lauten die drei Keplerschen Gesetze?
Welche Einwände wurden gegen das heliozentrische Weltbild erhoben?
Welche Entdeckungen gelangen Galilei mit dem Fernrohr?
....und weiter zum nächsten Coup!