Astronomie

Wie man die Tageszeit misst

Viele dieser Vorhersagen wurden in praktische Anwendungen des Alltags umgesetzt. Das einfachste und gleichzeitig beste Beispiel dafür ist die Sonnenuhr, die bereits von den Ägyptern des 4. Jahrtausends vor Christus genutzt wurde. Es ist ja auch so leicht zu beobachten, dass ein Stab einen Schatten wirft. Jeder, der diesen Schatten mehrere Tage hintereinander beobachtet, wird feststellen, dass er mit dem Lauf der Sonne fest verbunden ist. Ein nächster Schritt ist es, den Weg, den der Schatten tagsüber zurücklegt, mit Hilfe von permanenten Markierungen in gleiche Teile aufzuteilen. Unsere Stunden beruhen auf diesem Prinzip. Dass eine primitive Sonnenuhr im Winter kürzere Stunden zeigt als im Sommer, störte in der Antike niemanden. Zeit und ihr Erleben ist nämlich relativ. Seine Zeit minutengenau einzuteilen, wird erst dann zum Bedürfnis, sobald es eine Möglichkeit gibt, das Verstreichen der Zeit minutengenau anzuzeigen.

Und es war erst die weite Verbreitung der Taschenuhr, die dies möglich machte. Sie veränderte das Zeitempfinden ihrer Nutzer und hatte damit gleichzeitig Rückwirkungen auf die Konstruktion der Sonnenuhren. Die verschwanden nämlich nicht mit dem Erscheinen der Taschenuhr. Im Gegenteil, sie erlebten in der frühen Neuzeit ihre größte Blüte und blieben bis weit ins 18. Jahrhundert die dominierende Form der Zeitmessung. So konnte das MoneyMuseum jüngst im Antiquariat Rezek einen Bestseller aus dem Jahr 1768 kaufen, der sich mit der Konstruktion von Sonnenuhren beschäftigt.

Nun mag man sich fragen, warum trotz der Erfindung der Taschenuhr die Konstruktion von Sonnenuhren immer noch von solch großer Bedeutung war. Die Antwort ist einfach: Nur die wenigsten Uhrmacher waren so geschickt, dass ihre Erzeugnisse Tag für Tag exakt liefen. Die meisten Uhren gingen jeden Tag mehrere Minuten vor oder nach. Um sie zu justieren, brauchte es die Sonnenuhr, die unbestechlich die Mittagsstunde anzeigte.

Dass sich das Zeitverständnis der Menschen durch die mechanischen Uhren mit ihren Minutenzeigern gewandelt hatte, zeigt die Tatsache, dass die Sonnenuhren des 18. Jahrhunderts wesentlich genauer gehen mussten als ihre römischen Vorbilder. Ein einfacher Stab reichte schon lange nicht mehr aus. Im 18. Jahrhundert waren Sonnenuhren hochkomplexe Messgerät, die Stunden und Minuten messen konnten, wenn man sie passend zum geographischen Längengrad einstellte und die zur Jahreszeit passende Skala besaß.

Der Autor unseres Buchs über die Sonnenuhren verstand sich nicht als Astronom, sondern als Mathematiker. Johann Friedrich Penther (1693-1749) war das, was wir heute einen Ingenieur nennen würden. Er verdiente sich seinen Lebensunterhalt, indem er verschiedene Aufgaben mit Hilfe angewandter Mathematik löste. Er vermaß für seinen Auftraggeber Grundstücke, berechnete die Flugbahn von Kanonen und legte die Stelle fest, wo der feindliche Festungswall am leichtesten zu durchbrechen sein würde. Außerdem konstruierte er eine damals höchst innovative Sonnenuhr, die heute noch vor der Wolfenbütteler Bibliothek zu sehen ist.

Kapitel 2: Die Deutung der Beobachtungen

Die meisten Menschen sind sinnsuchende Wesen. Sie beobachten nicht nur, sondern interpretieren, was sie beobachten. Jahrtausendelang genügte zur Interpretation der Wege, die alle Gestirne am Himmel zurücklegen, ein Mythos. Doch die griechischen Philosophen konstruierten ihre Welt ohne Götter und versuchten, ihre astronomischen Beobachtungen in ein Weltbild zu überführen, das ohne göttliches Eingreifen auskam.

Die griechischen Wurzeln des geozentrischen Weltbilds

Für einen griechischen Philosoph war die Mathematik die Sprache der Götter. Es war die Sprache, in der sich die Weltenharmonie ausdrücken ließ. Und so dienten Geometrie, Algebra und Logik dazu, ein geometrisches Modell des Kosmos zu erdenken, das sich mit den Beobachtungen in Einklang bringen ließ.

Jeder Philosoph entwickelte dabei seine eigenen Vorstellungen vom Weltall, und ja, es gab auch damals schon Menschen, die behaupteten, dass sich die Erde um die Sonne drehe. Zur communis opinio entwickelte sich ihre Sicht der Dinge nicht. Zum Meinungsmacher wurde stattdessen der Philosophenfürst Aristoteles: Er beschrieb die Erde als eine Kugel, um die sich – an transparenten Sphären befestigt – Planeten und Sterne drehten.

Diese Vorstellung übernahm auch der wohl einflussreichste Astronom der Antike, der alexandrinische Gelehrte Claudius Ptolemaios.

Claudius Potelemaios lehrte im 2. Jahrhundert n. Chr. am Museion von Alexandria und schrieb ein viel rezipiertes Werk, das ursprünglich den Titel Mathematike Syntaxis trug.

Übersetzt bedeutet das Systematische Darstellung der Mathematik. Aber weil zu den Anwendungen der Mathematik auch die Astronomie gehörte, fasste Claudius Ptolemaios in diesem Buch alles zusammen, was die Gelehrten so über den Kosmos zu wissen glaubten und worauf sie ihre Rechnungen begründeten. Und das war die Tatsache, dass eine Vielzahl von Sphären, an die Planeten und Sternbilder geheftet waren, um die kugelförmige Erde kreiste. 1025 Sterne in 48 Bildern listete Ptolemaios in seinem epochalen Werk auf, um zu demonstrieren, wie man ihre Bahn vorausberechnen konnte.

Übrigens lieferte jener Claudius Ptolemaios nicht nur die Grundlagen der antiken Astronomie. Er war als Kind seiner Zeit überzeugt, dass die Sterne auch das Schicksal der Menschen beeinflussen. Seine Ausführungen bildeten die Basis der Astrologie, die viele Jahrhunderte lang als Schwesterwissenschaft der Astronomie existierte. Noch Kepler sollte nicht nur die Planetenbahnen neu berechnen, sondern auch Horoskope erstellen, um so die Kosten seiner Arbeit zu rechtfertigen.

Aber zurück zur Mathematike Syntaxis des Claudius Ptolemaios. Sie wurde zu einem Bestseller, den man in byzantinischen und vor allem arabischen Bibliotheken eifrig studierte. Dort erhielt sie auch den Namen, unter dem sie die europäischen Gelehrten kennenlernten: Almagest, abgeleitet vom arabischen Artikel al, und vom griechischen megistos. Übersetzen könnte man diese Bezeichnung vielleicht am treffendsten mit Das Größte.

Der große Wurf des Johannes von Sacrobosco

Einer der den Almagest mit Begeisterung las, war Johannes von Sacrobosco. Er wurde zum einflussreichsten Astronomen des Hochmittelalters. Viel wissen wir nicht über sein Leben. Er könnte 1195 in Schottland geboren worden sein und starb sicher in Paris, vielleicht um 1256. Sicher ist, dass Johannes von Sacrabosco Geistlicher war und an der Pariser Universität lehrte.

Damals musste jeder Student, ehe man ihn zum Studium der Theologie, der Medizin oder der Rechtswissenschaften zuließ, die sieben freien Künste gemeistert haben. Dazu gehörten im Grundstudium Grammatik, Rhetorik und Dialektik, im Aufbaustudium Arithmetik, Geometrie, Musik und Astronomie. Für die Astronomie war in Paris Johannes von Sacrobosco zuständig. Er wird so gelehrt haben, wie das damals alle Professoren taten: Er besaß sein eigenes Manuskript zum Lehrstoff, das er während der Vorlesung vorlas. (Daher die Bezeichnung Vorlesung.) Seine Studenten schrieben mit und machten sich anhand seiner Erklärungen Anmerkungen zu schwierigen Passagen.

Der Tractatus de Sphaera des Johannes von Sacrobosco dürfte aus diesem Skript hervorgegangen sein. Jahrhundertelang lasen ihn Professoren ihren Studenten vor. Und immer neue Generationen von Studenten schrieben ihn während der Vorlesungen mit. Deshalb kursierte der Traktat in unzähligen Handschriften, von denen Hunderte bis heute überlebt haben.

Der Erfolg des Traktats hatte einen guten Grund. Es war nicht nur didaktisch hervorragend aufbereitet, sondern auch auf dem neuesten Stand der Forschung. Sacrobosco benutzte die arabischen Ziffern.

Damit war er einer der ersten westlichen Mathematiker, die dies taten. Darüber hinaus verarbeitete er nicht nur den Almagest des Ptolemaios, sondern zitierte die arabischen Astronomen, sofern sie in lateinischer Übersetzung vorlagen. Zu ihnen gehörten Thabit ibn Qurra aus Bagdad, der im 9. Jahrhundert das Werk des Ptolemaios überarbeitet hatte, und der um 1015 verstorbene Al-Biruni, der die indische Forschungstradition vertrat.

Basierend auf ihren Erkenntnissen schilderte Sacrobosco den Kosmos als eine Art Maschine, als ein wunderbares, von Gott geschaffenes Uhrwerk, das der Schöpfer so perfekt eingerichtet hatte, dass sich sein weiteres Eingreifen erübrigte. In der Mitte sah Sacrobosco die Weltkugel, die alle sieben Planeten – Mond, Merkur, Venus, Sonne, Mars, Jupiter und Saturn – umkreisten. Darum drehte sich das Firmament, die Sphäre der Fixsterne. Die göttliche Sphäre umhüllte und hielt diese Welt.

Kapitel 3: Die Kunst der Berechnung

Das 16. und 17. Jahrhundert sollte die entscheidende Epoche für die Astronomie werden. Quasi im Monatstakt machten Sterngucker neue Entdeckungen und verbreiteten sie mit Hilfe der noch jungen Druckerpresse. Damit vervielfältigte sich das Wissen über die Sternbewegungen. Durch das zusätzliche Datenmaterial gewannen die Mathematiker ganz andere Möglichkeiten zur Berechnung der Planetenbahnen.

Eine neue Weltsicht:
Das Buch des Christopher Clavius

Als Lichtgestalt der Astronomie galt im 16. Jahrhundert weder Kopernikus, noch Kepler oder gar Galilei, sondern der heute im breiten Kreisen vergessene Christopher Clavius. Er beeinflusste unser tägliches Leben nachhaltig. Ihm verdanken wir den immer noch gültigen Gregorianischen Kalender von 1582, nach dem heute die ganze Welt ihre Termine festlegt.

Clavius wurde 1538 in Bamberg geboren. Er war nicht nur hoch intelligent, sondern auch tief gläubig, eine Kombination, die ihn für eine Karriere bei den Jesuiten prädestinierte. Kein anderer Orden ließ seinen Schützlingen eine vergleichbare Ausbildung angedeihen: Clavius trat 1555 – also mit 17 Jahren – dem Orden bei. Schon ein Jahr später schickte man ihn an die berühmte Universität von Coimbra, wo damals der Mathematiker und Astronom Pedro Núñez lehrte. Núñez revolutionierte die Positionsbestimmung der Gestirne, so dass deren Stand wesentlich akkurater als zuvor dokumentiert werden konnte. Seine Innovationen waren von entscheidender Bedeutung für die Datenerfassung.

Fünf Jahre später wurde Clavius ans Collegio Romano in Rom berufen. Dort ernannte man ihn 1563 zum Professor für Mathematik. Die Astronomie gehörte zu den mathematischen Wissenschaften. Deshalb zeichnete Clavius auch verantwortlich für die Reorganisation der päpstlichen Sternwarte.

Und das führt uns zu einer entscheidenden Frage: Warum besaß der Papst überhaupt ein astronomisches Forschungszentrum? Schließlich glauben wir doch alle zu wissen, dass sich der Vatikan nicht für den astronomischen Fortschritt interessierte.

Faktor 4: Endlich, das Fernrohr!

Den Durchbruch aber brachte eine völlig neue Technologie, die im zweiten Jahrzehnt des 17. Jahrhunderts die Astronomie revolutionierte. Im Jahr 1608 entstand in den Niederlanden das erste Fernrohr. Sein Erfinder soll ein Brillenschleifer gewesen sein. Ob dieser Erfinder nun Zacharias Janssen, Hans Lipperhey oder Jacob Metius hieß, ist für unsere Fragestellung völlig nebensächlich.

Von zentraler Bedeutung ist die relativ simple Konstruktion eines Fernrohrs, wenn man das Prinzip einmal verstanden hat. Deswegen ließ sich seine Herstellung nicht durch ein Privileg resp. Patent schützen. Alles, was man dafür brauchte, waren ausgezeichnet geschliffene Linsen, wie man sie vor allem in den Niederlanden und in Venedig anfertigte. Dort war die Brillenproduktion angesiedelt, der ein stark angewachsener Buchmarkt gerade einen Boom bescherte. Um Brillen herzustellen, braucht man vor allem Linsen, und die wurden nun auch in den neuen Fernrohren verarbeitet: Mit Hilfe dieses Rohres werden nämlich die Lichtstrahlen gebündelt durch eine konvexe Sammellinse und eine konkave Zerstreuungslinse geleitet. Wie scharf das Bild ist und welche Vergrößerung erzielt wird, hängt von der Qualität der Linsen ab.

Da traf es sich hervorragend, dass sich in Padua ein unbedeutender Mathematik-Professor namens Galileo Galilei mit seinem Instrumentenbau ein Zubrot zum kläglichen Einkommen verdiente! Galileo Galilei wurde am 15. Februar 1564 als Sohn eines Musikers und Gelegenheitstuchhändlers aus verarmtem Adel geboren. Als Galilei 1609 das erste Fernrohr in Händen hielt, war er ein unbekannter Mathematikprofessor. Er bekleidete sein Amt, weil er hervorragende Protektion besaß, nicht weil man seine Leistungen schätzte. Aber dank seines profitablen Instrumentenhandels kannte Galilei die besten Glasbläser und Linsenschleifer von Murano. Sie waren der Konkurrenz weit überlegen, so dass Galileis Fernrohr es ebenfalls war. Mit diesem Fernrohr sah Galilei klarer und genauer als je ein Mensch vor ihm, was sich am Himmel ereignete.

Robert Hooke

Einer von hieß Robert Hooke (1635-1703) und stammte aus einer Familie von Priestern. Hooke zeigte eine Begabung für die Naturwissenschaften und entwickelte ein einzigartiges Talent dafür, auf Grund von Ideen und Plänen anderer funktionierende Apparate zu bauen. Viele wohlhabende Privatgelehrte schätzten (und bezahlten) Hookes Unterstützung. Der wichtigste war Robert Boyle, das 14. Kind des Great Earl of Cork. Für ihn realisierte Hooke im Jahr 1659 eine Vakuumpumpe nach deutschem Vorbild.

Nun war Boyle eines der zwölf Gründungsmitglieder der Royal Society. Er führte Hooke als seinen Assistenten in die Gesellschaft ein. Auch die wusste Hookes Talente zu schätzen und ernannte ihn im Jahr 1662 einstimmig zu ihrem (bezahlten) „Curator of Experiments“. 1663 nahm sie ihn gar als (nicht zahlendes) Mitglied auf. Wie alle Wissenschaftler seiner Zeit beschäftigte sich Hooke mit den unterschiedlichsten Themen, und dazu gehörte auch die Astronomie. So konstruierte er ein verbessertes Fernrohr, mit dem er erstmals nachwies, dass sich Jupiter und Mars um ihre eigene Achse drehten. Doch gerade in diesem Forschungsbereich erwuchs dem brillanten Kopf ein Konkurrent um die Gunst der reichen Förderer: der um sieben Jahre jüngere Isaak Newton.

Newton: Ein Genie vom Lande

Isaak Newton wurde am 25. Dezember 1642 als Sohn eines Schafzüchters geboren. Der Vater starb noch vor seiner Geburt; durch die Heirat mit einem wohlhabenden Gutsbesitzer gelang der Mutter ein gesellschaftlicher Aufstieg, der es ihrem Sohn Isaak ermöglichte, am Trinity College in Cambridge zu studieren. Doch die kompletten Studiengebühren konnte sich die Familie nicht leisten. Deshalb war der junge Newton in den ersten Jahren gezwungen, als Kammerdiener für Studenten aus wohlhabenden Familien zu arbeiten. Ob es das war, was zu Newtons Verbitterung führte, die ihn trotz all seiner Erfolge zu einem recht unerquicklichen Zeitgenossen machte?

Nach Abschluss des Bachelors im Jahr 1665 kehrte Newton auf das väterliche Landgut zurück. Nicht freiwillig. Die Universität von Cambridge stellte wegen der großen Pest ihren Betrieb ein. Diese Zeit auf dem Lande verklärte Newton später als sein annus mirabilis, sein Jahr der Wunder. Er behauptete, in diesem Jahr seine drei großen Entdeckungen gemacht zu haben: seine Theorie des Lichts, die Infinitesimalrechnung und das Gravitationsgesetz.

Nun waren Newtons Principia so kompliziert, dass ein normaler, gebildeter Leser sie schlicht nicht verstand. Deshalb entwickelte sich eine viel gelesene Literatur von Newton-Interpretationen, die nicht nur seine Thesen für ein breiteres Publikum aufbereiteten, sondern diesem auch erklärten, welch überragendes, einzigartiges Genie Newton gewesen sei.

Ein gutes Beispiel ist Henry Pemberton, dessen Werk das MoneyMuseum kürzlich erwarb. Dass das MoneyMuseum keine Ausgabe der Principia besitzt, hat natürlich einen praktischen Grund: Newtons Principia erschienen bei ihrer lateinischen Erstausgaben in lediglich 80 Exemplaren; von der englischen Übersetzung wurden nur 400 Stück gedruckt. So wurde eine lateinische Erstausgabe im Jahr 2016 bei Christie’s für 3,7 Mio. US Dollar verkauft.

Es geht dem MoneyMuseum wie den meisten Bildungsbürgern zur Zeit der Aufklärung. Sie besaßen nicht die Originalwerke von Newton, sondern die Interpretationen seiner Verehrer, Bücher wie das von Henry Pemberton mit dem Titel A View of Sir Isaac Newton’s Philosophy.

Das heliozentrische Weltbild als wissenschaftlicher Allgemeinplatz

Wie man es dreht und wendet, mit Newtons Principia galt das heliozentrische Weltbild als anerkannte Meinung der gesamten wissenschaftlichen Welt. Kein ernstzunehmender Forscher hätte es seitdem gewagt, Zweifel daran zu formulieren. Die katholische Kirche, die offiziell noch bis 1822 daran festhielt, ihre Druckgenehmigung nur dann zu erteilen, wenn das heliozentrische Weltbild als Hypothese behandelt wurde, spielte in einer säkularisierten Welt keine Rolle mehr.

Kapitel 7: Zum Mond

Wenn im Weltall dieselben Gesetze gelten wie auf unserer Erde, dann ist die Erde nicht mehr einmalig. Es könnte viele weitere Erden geben, und das impliziert die Frage, wie es mit der Einmaligkeit des Menschen steht. Und wenn es weitere Erden gibt, kann man sie erobern?

Jahrhundertelang war allein der Gedanke, die knapp 400.000 Kilometer zum Mond zu fliegen, der Inbegriff von Unmöglichkeit. Dies änderte sich mit Johannes Kepler, der mit seinem Bild vom Sonnensystem die Erde zu einem Planeten wie andere auch machte. Keplers Vorstellungen kannte keinen Unterschied zwischen irdischer und göttlicher Sphäre. Und wer wusste es schon? Sonne, Mond und Sterne mochten genauso besiedelt sein wie die Erde. Damit stellte sich Kepler die Frage, ob man wohl zum Mond gelangen könne, und wie dort die Lebensbedingungen seien. Kepler dachte als Wissenschaftler. Er formulierte wohlüberlegte Thesen.

Natürlich hätte Johannes Kepler diese Überlegungen in seiner Epoche nicht als wissenschaftliches Traktat veröffentlichen können. Schließlich galt selbst der Heliozentrismus lediglich als Hypothese. Nie hätte die Kirche Spekulationen über außerirdisches Leben erlaubt. Deshalb erschienen Keplers Thesen nicht als wissenschaftliches Buch, und schon gar nicht zu seinen Lebzeiten. Erst sein Sohn Ludwig veröffentlichte das väterliche Manuskript, allerdings nicht als wissenschaftliches Buch, sondern als Roman. Keplers Traum konnte niemand verurteilen.

Kapitel 8: Startrek

Aus Theorie wird Praxis

Eigentlich waren sie als die ultimative Vergeltungs-Waffe der Nazis gebaut, jene V2-Raketen, die die Siegermacht USA als Kriegsbeute in die Vereinigten Staaten verbrachte. Dort schoss man sie nach dem Krieg ins Weltall, und so war es eine V2, die im Herbst des Jahres 1946 die ersten Fotos aus dem Weltall auf die Erde brachte.

Pulp Fiction

Nichtsdestotrotz hat Science Fiction ein Imageproblem. Sie gilt als Genre, das eher als Trash denn als wertvolle Literatur bezeichnet wird. Das hängt damit zusammen, dass Science-Fiction-Geschichten gerne in den billigen Groschenheften (im Englischen Pulp Magazines) publiziert wurden. Die Pulp Magazines erlebten ihre Blütezeit von den 1920er bis zu den späten 1940er Jahren. Mehr als eine Million Exemplare wurden von den erfolgreichsten Magazinen pro Ausgabe verkauft. Ihre Autoren wollten nicht wie Jules Verne, ein breites Publikum erziehen. Ihre Beiträge unterhielten, verblüfften und boten ein sicheres Einkommen auch für Autoren, die fähig waren, weit mehr als Trash zu schaffen.

Zu ihnen gehörten Talente wie Ray Bradbury oder Isaak Asimov, deren literarisches Schaffen stark von Pulp Magazines geprägt ist.

Die Mars-Chroniken

Eines der bekanntesten Werke dieser Epoche sind die Mars Chroniken von Ray Bradbury. Die Mars-Chroniken sind nur ein relativ willkürlich gewähltes Beispiel für unzählige einflussreiche Romane, Filme und Fernsehserien, die sich mit der Frage beschäftigen, wie unsere Zukunft im Weltall aussehen könnte.