Das Geheimnis der Planeten

Source: https://faculty.wcas.northwestern.edu/infocom/Ideas/lecture2.html

Nach dem Untergang des Römischen Reiches wurden in der theoretischen Astronomie bis zum 16. Jahrhundert keine Fortschritte erzielt. Warum dieser Fortschritt schließlich im christlichen Europa stattfand (und nicht in den viel wohlhabenderen Reichen des Nahen Ostens, Indiens oder Chinas), ist eine sehr gute Frage. Die jüdisch-christliche Tradition der Debatte über die Bedeutung geschriebener Schriften könnte zu einer Atmosphäre beigetragen haben, in der das wiederentdeckte Wissen der antiken Welt genauer unter die Lupe genommen und heftiger diskutiert werden konnte als anderswo. Außerdem verlieh die „Arbeitsethik“ der christlichen Weltanschauung dem Adel, der seine Zeit lieber intellektuellen und/oder praktischen Angelegenheiten widmete, mehr Würde und gesellschaftliche Akzeptanz als außerhalb Europas, was sich möglicherweise positiv ausgewirkt hat.

Auf jeden Fall wurde 1543 Mikolaj Kopernik (latinisierter Name:Kopernikus veröffentlichte De Revolutionibus Orbium Celestium (Über die Umdrehungen der Himmelskörper), in dem er vorschlug, dass sich alle Himmelskörper um die Sonne und nicht um die Erde drehten. Wir sollten zwei Fakten zu dieser Theorie beachten:

Wie die Ptolemäus-Theorie (erdzentrierte Theorie) ging sie davon aus, dass sich die Planeten in perfekten Kreisen, in gleichmäßiger Kreisbewegung, bewegten. Es wurden auch Epizyklen verwendet .
Das kopernikanische Modell funktionierte nicht viel besser als das ptolemische Modell, was die tatsächliche Vorhersage der Planetenposition anging.

Was fanden (einige) Menschen vor diesem Hintergrund den Reiz des kopernikanischen Modells? Nun, das kopernikanische Modell war insofern einfacher, als es wesentlich weniger Epizykel verwendete als das ptolemische Modell. Außerdem wurden nur die klassischen Epizykel verwendet, also solche, die sich um eine Mittelachse drehen und auf dem Hauptkreis zentriert sind, und nicht die Ansammlungen außeraxialer und nicht zentrierter Kreise, die das ptolemäische Modell mittlerweile umfasst. (Tatsächlich glauben einige Gelehrte, dass ein Grund, warum Kopernikus das ptolemäische Modell verwarf, der Wunsch war, zu einem Modell zurückzukehren, das dem klassischen griechischen Prinzip der gleichmäßigen Kreisbewegung besser entsprach.)

Noch wichtiger ist jedoch, dass das kopernikanische Modell ein intuitives physikalisches Bild lieferte, das die Gesamtmerkmale der Planetenbewegung erklärte. Das ptolemische Modell hatte beispielsweise keine konkrete Erklärung dafür, warum Merkur und Venus nie weiter als einen bestimmten Winkelabstand von der Sonne gesehen werden, während Mars , Jupiter und Saturnist in jedem Winkelabstand sichtbar. Es sei „genau so, wie die Epizykel funktionierten“. Kopernikus hingegen sagte, dass Merkur und Venus zwischen Erde und Sonne kreisten – während die anderen Planeten Umlaufbahnen außerhalb der Erde hatten, was eine viel zufriedenstellendere Erklärung lieferte. Durch die Beobachtung des Ausmaßes der rückläufigen Bewegung jedes Planeten könnte man außerdem die relative Entfernung jedes einzelnen von der Erde bestimmen (je größer die scheinbare Größe der „S-Kurve“, desto näher der Planet). Im ptolemischen Modell musste man die Entfernungen schätzen.

Tycho Brahewar ein dänischer Adliger, der sich schon als Kind für Astronomie interessierte, als er eine Sonnenfinsternis beobachtete und beeindruckt war, dass Astronomen solche Dinge vorhersagen konnten. Je älter er wurde, desto weniger beeindruckt war er jedoch von der Genauigkeit astronomischer Vorhersagen, da sowohl die ptolemischen als auch die kopernikanischen Theorien oft um Stunden oder sogar Tage daneben lagen. Er kam zu dem Schluss, dass bessere Beobachtungsdaten erforderlich seien. Ein kurzes Buch, das Brahe über die Supernova von 1571 schrieb, machte ihn international bekannt und 1576 errichtete er mit Hilfe des dänischen Königs ein Observatorium auf der Insel Hveen. In den nächsten zwanzig Jahren führte Brahe umfassende Beobachtungen aller Planeten, 777 Sterne und sieben Kometen durch. Seine astronomischen Daten waren bei weitemdie genaueste und umfassendste Sammlung, die bis zu diesem Zeitpunkt in der Geschichte jemals gesammelt wurde. Er gilt als der größte Astronom mit bloßem Auge.

Brahe war ein aggressiver Mann, der die Pächter auf seiner Insel hart behandelte (sein Observatorium hatte ein kleines Gefängnis im Keller, um die pünktliche Zahlung der Mieten zu „ermutigen“), und als der alte König starb, wurde Brahe mehr oder weniger aus Hveen vertrieben . 1597 reiste Brahe an den Hof Rudolfs II. nach Prag und traf dort zwei Jahre später Johannes Kepler .

Kepler war eine seltsame Mischung aus Altem und Neuem, ein Astrologe und ein Mathematiker, ein Wissenschaftler und ein Mystiker. Er war sein ganzes Leben lang davon besessen, die Geheimnisse des Himmels zu verstehen, und als Brahe 1601 starb, gelangte Kepler in den Besitz von Brahes Daten (indem er sie mehr oder weniger von Brahes Erben stahl). Kepler verbrachte fünf Jahre mit einem Herkulesversuch, die Umlaufbahn des Mars an das kopernikanische Modell anzupassen, scheiterte jedoch. In einem der größten Intuitionssprünge in der Geschichte der Wissenschaft erkannte Kepler, dass auch noch so viel Herumspielen mit der gleichmäßigen Kreisbewegung niemals dazu führen würde, dass sie Brahes Daten entsprechen würden, und so verwarf er eine Idee, die 2000 Jahre lang die astronomische Theorie dominiert hatte. Er entdeckte schließlich, dass die Bahnen der Planeten durch nur zwei Gesetze vorhergesagt werden konnten:

1) Die Planeten umkreisen die Sonne auf elliptischen Bahnen, wobei sich die Sonne in einem Brennpunkt befindet. (Diagramm nicht maßstabsgetreu.)

2) Ein Radiusvektor, der von der Sonne zu einem beliebigen Planeten gezogen wird, überstreicht in gleicher Zeit gleiche Flächen. (Diagramm nicht maßstabsgetreu.)

Quicktime-Film zur Veranschaulichung des zweiten Keplerschen Gesetzes

Kepler veröffentlichte seine Entdeckung 1609 in einem Buch, das so umfangreich, so detailliert und so voller astrologischer Nebel und komplexer Mathematik war, dass sich fast niemand dazu durchringen konnte, es zu verarbeiten. Die wenigen, die sich darauf einließen, stellten jedoch fest, dass Keplers Mathematik und Brahes Daten keinen Raum für Zweifel ließen: Die Planeten bewegten sich in Ellipsen, nicht auf Kreisen, und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, nicht mit konstanten.