Astronomie - ein neues Weltbild entsteht. oder Alles ist eine Frage des Standpunktes

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1 Astronomie - ein neues Weltbild entsteht oder Alles ist eine Frage des Standpunktes

2 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.

3 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.

4 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.

5 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.

6 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!

7 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 ( 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!

8 Ein Beispiel für Berechnung des Umfangs der Erde (Kugel!), wie es bereits in der Antike durchgeführt wurde:

9 Ein weiteres Beispiel für Abschätzungen & Berechnungen, wie es sie ähnlich bereits in der Antike gab: Heutzutage:

10 Die unregelmäßigen Bewegungen der Planeten, die für irdische Beobachter Schleifen bildeten und somit zeitweise rückläufig waren, erklärte Ptolemaios (~ n.chr.) durch Kreisbahnen (=Epizyklen), die sich den Grundkreisen (=Deferenten) der Planetenbahnen überlagern.

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12 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.

13 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!

14 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 Astronomie- Mittelalter.pdf )!

15 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.

16 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.

17 So ließ auch der Domherr Nikolaus Kopernikus ( ) erst in seinem Todesjahr sein Buch De revolutionibus orbium coelestium (Über die Bewegung der Himmelskörper ) drucken, in dem er ein neues Weltbild darlegte.

18 Er zweifelte dabei jedoch nicht die Aussagen der Bibel an, sondern erwartete eine Vereinfachung der Beschreibung der Planetenbewegungen.

19 Johannes Kepler ( ) 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.

20 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.

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29 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.

30 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.

31 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.

32 Anm.: Vom heutigen Standpunkt aus sind auch die Ellipsenbahnen nur Näherungen. Durch die Abweichung von diesen konnten sogar äußere Planeten entdeckt werden!

33 Zehn Jahre später veröffentlichte er in Harmonices mundi (Die Harmonie der Welt) ein weiteres Gesetz, das die Beziehung der Umlaufzeiten verschiedener Planeten herstellte:

34 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?

35 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!

36 (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.

37 (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?

38 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?

39 Galileo Galilei ( ) 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.

40 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... «

41 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!

42 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!

43 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.«

44 1613 veröffentlichte Galilei seine»briefe über die Sonnenflecken", in denen er kein Hehl aus seinen kopernikanischen Ansichten machte 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.

45 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 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 wurde für ihn in Florenz im Hauptschiff der Kirche Santa Croce ein Mausoleum errichtet, in dem sein Leichnam noch heute ruht.

46 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!