Читать книгу Von Pythagoras zur Quantenphysik - Andreas Hafer - Страница 22

Die Beobachtung der Bewegungen der Himmelskörper war von Anfang an einer der wichtigsten Anstöße für naturwissenschaftliche Forschung. Die meisten der Sterne des Nachthimmels machen nichts weiter als das, was die Sonne auch macht: sie gehen im Osten auf und im Westen unter. Genauer betrachtet aber ist es keine Aufund Untergangsbewegung, sondern eine Umkreisung des Himmelsnordpols, der (zufällig) vom Polarstern gekennzeichnet wird. Der Polarstern geht weder auf noch unter, er bleibt stets an derselben Stelle am Himmel. Alle anderen Sterne bewegen sich in mehr oder weniger großen Kreisen um den Polarstern herum; bei manchen Sternen ist der Kreisdurchmesser noch so klein, dass sie über dem Horizont bleiben, bei anderen ist er so groß, dass es zu einem Aufund einem Untergang kommt

Abb. 5: Drehung der Fixsterne

Es sieht so aus, als ob die Sterne an einer riesigen Kugel angeheftet wären und sich diese Kugel einmal in 24 Stunden von Ost nach West um die ruhende Erde drehe (Abb. 5). In Wahrheit ist es die Erde, die sich in 24 Stunden einmal um ihre Achse dreht, doch wir werden sehen, dass es ein langer Weg war, bis alle davon überzeugt waren.

Nun gibt es nicht nur diese Sterne, die man als Fixsterne bezeichnet, weil sie scheinbar an der Himmelskugel fixiert sind. Es gibt noch andere, die zusätzlich zu dieser Bewegung noch eine andere haben, sie bewegen sich gegenüber den Fixsternen im Laufe der Zeit. Die Sonne beispielsweise wandert im Laufe eines Jahres einmal durch die ganze Himmelskugel und dabei auch durch die berühmten Tierkreiszeichen. Sie bewegt sich dabei von West nach Ost, also der Bewegung der Himmelskugel entgegengesetzt. Auch der Mond macht eine solche Bewegung, braucht für eine vollständige Durchquerung der Tierkreiszeichen aber nur einen Monat.

Neben Sonne und Mond bewegen sich noch fünf andere, deutlich weniger helle Himmelskörper entgegengesetzt zur Himmelskugel, nämlich Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn. Die Griechen nannten sie die Wanderer bzw. Wandelsterne. Das griechische Wort für Wanderer war planetes, daher unser Name Planet. Für die Griechen war auch die Sonne ein Planet, genauso wie der Mond, also gab es sieben Wandelsterne. Von den weiteren Planeten Uranus und Neptun wussten die Griechen noch nichts, erst das Teleskop sollte zur Entdeckung dieser Planeten führen. Um zu erklären, dass die Planeten ihre eigene Bewegung haben, musste man sie von der Himmelskugel entfernen und zwischen Himmel und Erde positionieren. So haben wir es bei Aristoteles gesehen: Die Erde ist im Zentrum, die übrigen Planeten umkreisen sie. Die Himmelskugel selbst ist ganz am Ende des Kosmos, braucht 24 Stunden für eine Umdrehung, die Planeten bleiben bei ihrer Bewegung um die Erde immer ein Stück zurück, bewegen sich also langsamer um die Erde herum, sodass die Sonne z.B. nach einem Jahr einmal durch die Himmelskugel läuft.

So weit, so gut. Doch es gibt da noch ein großes Problem. Wenn es so wäre, wie wir bei Aristoteles gesehen haben, dann müssten die Planeten einfach nur – in Bezug auf die Himmelskugel mit den Fixsternen – eine Bewegung von West nach Ost aufweisen, und das nach Möglichkeit – wir erinnern uns: Planeten müssen vollkommen sein – immer gleichförmig. Doch diesen Gefallen haben die Planeten den Griechen nicht getan. Insbesondere der Mars zeigt ein sehr auffälliges „Verhalten“, denn anstatt brav die Himmelskugel gleichmäßig von West nach Ost zu durchwandern, wird er ab und zu langsamer und dreht dann sogar seine Richtung um und läuft für einige Wochen von Ost nach West, wird also schneller als die Himmelskugel. Es handelt sich hier um die sogenannten Planetenschleifen. Sie kommen bei allen fünf der Antike bekannten Planeten vor, im Schnitt bei jedem Planeten einmal im Jahr.

Abb. 6 zeigt die Bahn des Mars, die er im Sommer 2003 durchlaufen hat. Im Juni läuft er wie erwartet durch das Sternbild Wassermann von West (im Bild rechts) nach Ost (im Bild links) Er wird dann im Laufe des Juli langsamer, um dann schließlich seine Richtung (bei Punkt 8) umzukehren. Er läuft nun bis Anfang September noch einmal durch das Sternbild Wassermann, aber eben von Ost nach West, also „rückwärts“, wie die Astronomen sagen. Er wird dann wieder langsamer, um schließlich noch einmal umzudrehen und in der „richtigen“ Richtung weiterzulaufen. Das Spiel wird sich dann gegen Ende des Jahres wiederholen.

Abb. 6: Bewegung des Mars

Diese Schleifen können mit bloßem Auge ganz gut beobachtet werden. Die Griechen mussten also eine Erklärung finden. Die einfache Vorstellung von schlichten Kreisbahnen um die Erde kann das nicht fassen. Damit kam auch Aristoteles nicht zurecht. Aber er sah auch keine Bahnen, die die Himmelskörper durchlaufen. Für ihn waren die Planeten an Kugelschalen aus Äther befestigt, die auf komplizierte Weise ineinander geschachtelt waren. Durch Einfügung von Hilfssphären schaffte es der Mathematiker Eudoxos von Knidos (ca. 400–340 v. Chr.) die Planetenschleifen zu erklären, aber sein System war extrem schwierig. Aristoteles übernahm diese Theorie von Eudoxos (es gab keine Alternative) und verbesserte sie durch Zufügung weiterer Sphären, was die Sache selbstverständlich nicht leichter machte. Während Eudoxos 26 Sphären (für sieben Planeten wohlgemerkt) benötigte, erhöhte Aristoteles ihre Zahl auf 55.

Abb. 7: Die Sphären des Eudoxos

In der Vorstellung von Eudoxos’ sehen wir die Erde im Mittelpunkt als kleine Kugel, ganz außen die Fixsternsphäre mit ihrer senkrechten Rotationsachse, die durch die Pole der Erde läuft. Um diese Achse dreht sich der Fixsternhimmel um die Erde (Abb. 7). Im Innern sind drei weitere Sphären gezeichnet, die zu einem Planeten, hier dem Mars, gehören. Die Rotationsachsen dieser inneren Sphären sind jeweils an der ihr nächstäußeren befestigt, sie werden also von der äußeren Sphäre mitgedreht, haben aber eben auch ihre eigene Drehung. Für jeden Planeten sind mehrere Sphären nötig, der Planet selbst sitzt in der innersten seiner Sphären. Durch entsprechende Anordnung und Drehrichtung der Rotationsachsen schaffte es Eudoxos, die Rückläufigkeit der Planeten zu erklären. Jetzt müssen wir uns in dieses Bild noch weitere 22 (Eudoxos) bzw. 51 (Aristoteles) Sphären hinzudenken, dann haben wir eine ungefähre Vorstellung von dieser Theorie.

Diese komplizierte Geschichte war für viele der griechischen Wissenschaftler sehr unbefriedigend; insbesondere wog die Tatsache sehr schwer, dass diese Sphärentheorie ein Faktum gar nicht erklären konnte: Einige der Planeten zeigten auffällige Helligkeitsschwankungen, als ob sie sich mal näher und mal ferner von der Erde befinden würden. Angeheftet an eine kristallene Äthersphäre, die sich um die Erde dreht, könnten die Planeten so etwas aber nicht zeigen.

Es war eine große Herausforderung, diesen Umstand zu klären, und die komplizierte Sphärentheorie zu ersetzen durch eine einfachere und bessere Theorie. Einige der griechischen Gelehrten nahmen sie an.