Isaak Newton 25.12.1642 - 20.3.1727 (nach julian. Kalender)

Kindheit und Jugend

Das Leben des Isaac Newton begann unter nicht gerade günstigen Verhältnissen. Als er im Jahre 1642 (nach dem damals in England noch gültigen julianischen Kalender) geboren wurde, war sein Vater, ein Landwirt, schon gestorben. Seine Mutter heiratete erneut und gab ihren Sohn für neun Jahre in die Obhut der Großmutter. Glücklicherweise wurde der Junge nach Cambridge geschickt, wo er studieren und seine Wissbegier stillen konnte.

Besonders angetan war er von der Naturphilosophie. Er las alles, was er dazu in die Finger bekam, obwohl vieles davon nicht im Rahmen des Studiums gelehrt wurde. So erarbeitete er sich selbständig ein breites Wissen über alles, was zu seiner Zeit auf dem Gebiet von Mathematik, Physik und Astronomie bekannt war.

Im Jahr 1665 brach in Cambridge die Pest aus, und Newton verließ die Universität. Er zog wieder nach Hause ins ländliche Woolsthorpe und verbrachte dort zwei einsame abgeschiedene Jahre, die er aber nicht ungenutzt verstreichen ließ. Obwohl er nur von einfachen Menschen umgeben war, legte er hier die Grundlage für sein späteres Werk. Viele seiner Erkenntnisse in Mathematik, Optik und der Gravitationstheorie erlangte er schon in Woolsthorpe, veröffentlichte sie aber erst Jahre später nach weiteren intensiven Forschungen und Überlegungen.

Experimente mit Licht

Newton experimentierte mit einem Prisma und beobachtete, was mit dem Lichtstrahl passiert, wenn es vom Prisma gebrochen wird. Dazu verdunkelte er sein Zimmer, bohrte ein kleines Loch in den Fensterladen, ließ den durchfallenden Lichtstrahl durch das Prisma laufen und fing das dahinter entstehende Bild mit einem weißen Schirm auf, den er in verschiedenen Abständen zum Prisma aufstellen konnte.

Dabei erkannte er, dass das weiße Sonnenlicht in die Farben des Regenbogens aufgespalten wird. Er begriff, dass weißes Licht aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzt ist. Außerdem bemerkte er, dass die einzelnen Bestandteile des Lichtes unterschiedliche Brechungswinkel haben. Damit die Farbflecken scharf abgebildet werden, musste er seinen Schirm für jede einzelne Lichtfarbe ein Stückchen verschieben.

Dieser Effekt stellte ein großes Problem bei herkömmlichen Teleskopen dar. In Linsenteleskopen läuft der Lichtstrahl durch eine Anordnung verschiedener Linsen und erzeugt dann am Ende des Fernrohrs nur ein vage scharfes Abbild. Der Brennpunkt verlagert sich bei größeren Linsen immer weiter nach hinten, die Rohre mussten dafür länger werden.

Deshalb dachte sich Newton ein Teleskop aus, bei dem das Licht nicht durch eine Linse fällt, sondern von einem Hauptspiegel auf einen Umlenkspiegel geworfen wird.

Das Bild auf dem Umlenkspiegel kann dann durch ein seitlich angebrachtes Okular betrachtet werden. Damit vermeidet Newton die Lichtbrechung im Teleskop und kann so wesentlich schärfere, deutlichere Bilder der Sterne erzeugen.

Seit den Zeiten Galileis wurden Fernrohre, um ihre Optik zu verbessern, immer länger, schwerer und unhandlicher. Man denke nur an Herschels 12 Meter langes Fernrohr inmitten einer gewagten Haltekonstruktion, das von mehreren Menschen bedient werden musste! Spiegelteleskope können bei gleicher Leistung wesentlich kleiner gehalten werden. Ihre Erfindung bedeutete eine große Erleichterung für aktive Astronomen.

Das Spiegelteleskop war keine Erfindung von Newton, schon vorher wurden solche Geräte gebaut. Newton aber war der Erste, der wirklich verstand, wie sie funktionierten. Er stellte seine Spiegel selbst her, wobei er einen gekrümmten Hauptspiegel verwendete, der die Lichtstrahlen auf einen kleineren ebenen Spiegel reflektiert. So konnte die Beobachtungstechnik entscheidend verbessert werden. Newton erhielt dafür große Anerkennung und wurde 1672 von der Royal Society zum Fellow gewählt.

Die Newtonschen Gesetze

Newtons Gravitationsgesetz

Jeder Körper zieht jeden anderen Körper an, mit einer Kraft, die mit der Masse des Körpers zunimmt und mit zunehmendem Abstand zwischen den Körpern abnimmt. Je mehr Masse ein Körper besitzt, desto größer ist seine Anziehungskraft. Diese Kraft nimmt im Quadrat der Entfernung ab.

Newtons Bewegungsgesetze

Jeder Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmig-geradlinigen Bewegung, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte zur Änderung seines Zustandes gezwungen wird (ist heute als Trägheitsgesetz bekannt).

Die Bewegungsänderung ist proportional zur einwirkenden Bewegungskraft und geschieht in der Richtung der geraden Linie, in der jene Kraft wirkt.

Der einwirkenden Kraft wirkt eine gleich große Gegenkraft entgegen.

Johannes Kepler lebte von 1571 bis 1630

Keplers Kindheit und Jugend

Geboren wurde Johannes Kepler am 27. Dezember 1571 in der freien Reichsstadt Weil, heute Weil der Stadt in Baden-Württemberg. Er hatte eine schwere Kindheit, zog mit seiner Familie häufig um, durchlitt viele Krankheiten und musste von klein auf mithelfen und Geld verdienen. Trotz der vielen Schwierigkeiten fiel den Lehrern seine große Begabung auf, sodass er sogar studieren gehen konnte.

Während seiner Studienzeit in Tübingen lernte er das kopernikanische System kennen. Sein Lehrer Michael Mästlin brachte ihm bei, das Für und Wider von geozentrischem und heliozentrischem Weltbild abzuwägen und sich selbst für das geeignetere zu entscheiden, egal was die vorherrschende Meinung dazu ist. Nicht jeder Lehrer hätte ein solches Freidenken gefördert, Kepler hatte großes Glück mit Mästlin. Er blieb ihm auch während seines weiteren Lebens freundschaftlich verbunden. Nach seinem Studium trat er zunächst eine Stelle als Mathematiklehrer in Graz an.

Keplers Leben und Wirken

Kepler entschied sich für Kopernikus und das heliozentrische Weltbild und somit gegen Ptolemäus und das geozentrische Weltbild. Zu gern hätte er eigene Beobachtungswerte gesammelt, um das kopernikanische System auch mathematisch unterstützen zu können, aber sein schwaches Augenlicht ließ das nicht zu. Zu seinem Glück wurde er im Jahr 1600 Assistent von Tycho Brahe, dem besten Himmelsvermesser seiner Zeit.

Brahe hatte als Kaiserlicher Hofmathematiker eine hohe Stellung in Prag inne. Über zwei Jahrzehnte hinweg sammelte er zuvor in seiner Sternwarte Uranienburg in Dänemark Daten zu Planetenstellungen, die er nun auswerten wollte. Dafür brauchte er einen guten Mathematiker, den er in Kepler fand.

Brahe beauftragte den 25 Jahre jüngeren Kepler, das Problem der rätselhaften Marsbahn zu lösen. Es war bis dahin nicht gelungen, die Bewegungen dieses Planeten wirklich korrekt vorherzuberechnen. Am Himmel wich er stets ein klein wenig vom berechneten Standort ab. Mars verhielt sich nicht so, wie er sich nach den damals bekannten Regeln der Bewegungen der Himmelskörper verhalten sollte.

Kurze Zeit nachdem Kepler nach Prag gekommen war, verstarb Tycho Brahe. Und so kam es, dass Kepler 1601 selbst Kaiserlicher Hofmathematiker unter Kaiser Rudolf II. wurde. Nach einigen Schwierigkeiten bekam er das sehr umfangreiche Datenmaterial, das Brahe während seines gesamten Lebens gesammelt hatte und die präzisesten Sternpositionen und Planetenörter der damaligen Zeit enthielt. Ohne die Daten wäre es Kepler nicht möglich gewesen, die Marsbahn neu zu berechnen.

Die Daten wurden auch noch auf andere Art ausgewertet. Brahe hatte damit begonnen, Planetentafeln zu erstellen, die er zu Ehren des Kaisers Rudolfinische Tafeln nannte. Er konnte sein Werk nicht vollenden, und so arbeitete Kepler weiter daran. Aus diesen Tafeln kann man für jeden beliebigen künftigen Zeitpunkt den Aufenthaltsort eines Planeten am Sternenhimmel ablesen. 1627 können sie endlich veröffentlicht werden und lösen die bis dahin gültigen Alfonsinischen und Prutenischen Tafeln ab, die jahrhundertelang in Gebrauch waren.

Neue Erkenntnisse zu den Bewegungen der Planeten

Die Berechnung der Marsbahn war bisher nicht geglückt, weil man von einer Kreisbahn ausging, auf der sich der Planet bewegen sollte. Kepler war der Erste, dem klar wurde, dass die Marsbahn in Wirklichkeit eine elliptische Form haben musste. Bis zu dieser Erkenntnis aber war es ein langer beschwerlicher Weg, denn Kepler musste dazu jahrelang komplizierte Berechnungen anstellen und die Stellung des Planeten Punkt für Punkt auf seiner Bahn nachrechnen.

Das alles bewältigte er ohne Hilfe eines Taschenrechners oder gar Computers, Rechnen war eben noch Handarbeit bzw. Kopfarbeit. Er war sicher manches Mal verzweifelt, weil es wahnsinnig viel Arbeit machte, aber Kepler gab nie auf und hielt durch bis zum Schluss. Dafür wurde er dann mit völlig neuen Erkenntnissen zu den Bewegungen der Planeten belohnt.

Anhand seiner Ergebnisse konnte er für die Planeten Gesetze ableiten, nach denen sie sich um die Sonne bewegen. Mit diesen Gesetzen war es nun einfach geworden, den jeweiligen Standort eines Planeten vorherzuberechnen, und zwar viel genauer als je zuvor. Außerdem musste man sich nun von der Vorstellung verabschieden, dass sich die Planeten auf Kreisbahnen bewegen.

Verbessertes Weltbild

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In Wirklichkeit ziehen die Planeten in elliptischen Bahnen um die Sonne. Die alten Kristallschalen, an denen die Himmelskörper befestigt sein sollen, und die selbst Kopernikus noch für sein heliozentrisches Modell übernahm, hatten also endgültig ausgedient. So konnte das neue heliozentrische Weltbild weiter verbessert werden.

Die Planetenbahnen sind nun keine perfekten Kreisbahnen mehr, sondern Ellipsen. Die Sterne sind nicht an einer Kristallschale befestigt, sondern im Raum verteilt. Sie haben nicht alle den gleichen Abstand zur Erde. Die damals gerade neu entdeckten Monde des Jupiter erweitern und bestätigen das heliozentrische Weltbild zusätzlich. Es dreht sich eben nicht alles um die Erde.

Die Keplerschen Gesetze

Das Erste Keplersche Gesetz

Das Erste Keplersche Gesetz besagt, dass die Bahnen der Planeten Ellipsen sind, mit der Sonne in einem Brennpunkt. In der Grafik ist die elliptische Marsbahn etwas übertrieben dargestellt. Aber so kann man schön sehen, dass es sich nicht um eine Kreisbahn handelt. Auch die anderen Planeten bewegen sich, wie wir inzwischen wissen, auf elliptischen Bahnen, der eine mehr, der andere weniger.

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Die Venusbahn weicht am geringsten von einer Kreisbahn ab, und die extremste elliptische Bahn vollführt Merkur. Auch die Marsbahn ist im Vergleich zu den noch nicht genannten Planeten deutlich elliptisch. Diese starken Abweichungen von einer Kreisbahn machten es Kepler erst möglich, überhaupt dahinterzukommen, dass Planetenbahnen nicht kreisförmig sind.

Das Zweite Keplersche Gesetz

Das Zweite Keplersche Gesetz ist schon etwas komplizierter:

Der Radiusvektor eines Planeten überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen. Das bedeutet im Klartext, dass ein Planet in Sonnennähe schneller wird und in gleicher Zeit einen weiteren Weg zurücklegt als wenn er sich entsprechend langsamer in Sonnenferne bewegt. Die in etwa dreieckigen Flächen, die durch den Anfangspunkt und den Endpunkt der Messungen entstehen, wobei die Sonne immer den dritten Eckpunkt bildet, sind für gleiche Zeitspannen immer gleich groß.

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Dieses Gesetz erklärt die Beobachtung, dass sich die Planeten am Himmel manchmal schneller vor dem Sternenhintergrund bewegen, und manchmal langsamer sind. Warum das so ist (die Gravitationskraft der Sonne ist in ihrer Nähe stärker als in größerer Entfernung, sie 'zieht' am Planeten), fand erst einige Zeit später Isaak Newton heraus.

Diese beiden ersten Gesetzmäßigkeiten der Planetenbewegungen veröffentlichte Kepler 1609 in seiner Schrift 'Astronomia Nova'.

Das Dritte Keplersche Gesetz

Das Dritte Keplersche Gesetz besagt folgendes:

Die Proportion zwischen den Umlaufzeiten T zweier Planeten ist genau das Anderthalbfache der Proportion der mittleren Abstände a. Daraus ergibt sich ein konstanter Wert, der für jeden Planeten innerhalb dieses Systems gilt.

Oder anders gesagt: Die Quadrate der Umlaufzeiten U1 und U2 zweier Planeten verhalten sich wie die dritten Potenzen ihrer mittleren Abstände a1 und a2. Das ist die modernere Ausdrucksweise. Das große U entspricht dem großen T der oberen Formel. Beide Formeln drücken das Gleiche aus, nur anders dargestellt.

Was bedeutet das nun aber?

Kepler hat zwei Himmelskörper (Planeten), die um das gleiche Zentralgestirn (Sonne) kreisen, zueinander in Beziehung gesetzt und geschaut, ob es da Gesetzmäßigkeiten gibt. Er stellte fest, dass es einen regulären Zusammenhang zwischen Größe der Umlaufbahn und der Zeit gibt, die der Himmelskörper benötigt, diese Bahn zurückzulegen.

Nehmen wir einmal die Planeten Venus und Erde. Die Werte der Erde kennen wir: der mittlere Abstand zur Sonne beträgt a_Erde = 150 Mio km, die Umlaufzeit beträgt T_Erde = 365 1/4 Tage. Von Venus kennen wir zunächst nur ihre Umlaufzeit: T_venus = 225 Tage. Um herauszufinden, wei weit Venus von der Sonne entfernt ihre Bahnen zieht, müssen wir nun nur noch die Gleichung nach a_Venus umstellen, alle bekannten Werte einsetzen und das Ganze ausrechnen. Dann kommen wir darauf, dass Venus einen mittleren Abstand von 108 Mio km von der Sonne hat.

Das Dritte Keplersche Gesetz ermöglicht es also, die Größe der Bahnen der Planeten aus der Dauer ihrer Umlaufzeit um die Sonne zu berechnen. Hat man zu einem Planeten gesicherte Werte zum mittleren Abstand zur Sonne und zur Umlaufzeit, dann kann man die Bahngröße eines weiteren Planeten berechnen, von dem man zunächst nur die Umlaufzeit kennt.

Ein weiterer Meilenstein der Wissenschaftsgeschichte war Keplers Vorhersage eines Venustransits vor der Sonnenscheibe für das Jahr 1631. Es war dies die erste Berechnung eines solchen Ereignisses. Dafür konnte er seine zuvor entdeckten astronomischen Gesetze verwenden. Leider kam Kepler nicht mehr dazu, den von ihm berechneten Durchgang selbst zu beobachten, denn er starb kurz vorher. Mehr über Venustransite gibt es auf der Seite 'Venustransit'.

Johannes Müller lebte von 1436 bis 1476

Die Kindheit

Im Jahr 1436 wurde Johannes Müller in einer kleinen Ortschaft östlich von Schweinfurt geboren. Seine spätere Bezeichnung als Regiomontanus leitet sich aus dem Namen seines Geburtsortes Königsberg ab (regio=König, mons=Berg), wurde aber erst Jahrzehnte nach seinem Tod in Gebrauch genommen.

Johannes war ein auffallend kluges Kind und begann bereits mit 11 Jahren ein Studium an der Universität Leipzig. 1450 kam er 14jährig nach Wien und erregte dort bald die Aufmerksamkeit seines Lehrers Georg von Peuerbach.

Freundschaft mit Georg Peuerbach

Aus dem Lehrer-Schüler-Verhältnis entwickelte sich eine tiefe Freundschaft. Peuerbach bildete ihn in allem aus, was er selbst konnte. Schon bald konnte Johannes bei zeitaufwändigen komplizierten astronomischen Berechnungen helfen und füllte Tabellenwerke, Ephemeriden, Kalender und Sinustafeln mit Zahlenwerten.

Die beiden stellten außerdem zahlreiche Beobachtungsreihen über Planetenkonstellationen auf, maßen Sonnenhöhen und Ekliptikparameter und beobachteten gemeinsam Mondphasen und Finsternisse. Auch in den Instrumentenbau wurde Johannes von seinem Meister eingewiesen. Etwas Besseres hätte dem jungen Regiomontanus nicht passieren können. In Georg von Peuerbach hatte er einen herausragenden Lehrer, Förderer und Freund gefunden.

Verdienste des Regiomontanus

1457 erhielt Johannes mit 21 Jahren die Magisterwürde und konnte nun selbst Vorlesungen an der Universität halten. Nebenbei beschäftigte er sich mit ebener und sphärischer Trigonometrie und Gleichungen höheren Grades. Nach dem Tod Peuerbachs 1461 verließ er Wien und ging mit Kardinal Bessarion auf Italienreise, die eigentlich gemeinsam mit Peuerbach geplant gewesen war.

Auf dieser Reise vollendete Johannes die "Epitoma in Almagestum", die "Einführung in die Himmelskunde des Ptolemäus", die Peuerbach begonnen hatte. Auch zahlreiche andere Werke, zumeist astronomische Tabellen und Tafeln, vollendete Johannes für seinen Freund und veröffentlichte sie. Diese Tabellenwerke gingen dann mit großen Schiffen auf weite Reisen, denn die Seefahrt erlebte gerade einen Aufschwung und benötigte dringend astronomische Orientierungshilfen.

1468 wurde Johannes Müller alias Regiomontanus zum Hofastronomen des ungarischen Königs Matthias Corvinus ernannt. 1471 ließ er sich dann in Nürnberg nieder und errichtete eine kleine Sternwarte, eine Druckerei und eine Werkstatt zum Bau astronomischer Instrumente. 1475 wurde Johannes von Papst Sixtus IV. nach Rom berufen, um an einer Reform des Kalenders mitzuarbeiten. Doch leider erkrankte er bald darauf (wahrscheinlich an der Pest) und verstarb im Alter von nur 40 Jahren. Und so sollte noch ein ganzes Jahrhundert vergehen, bis die Kalenderform durchgesetzt werden konnte.

Joseph Louis Lagrange lebte von 1736 bis 1813

Turin, Berlin, Paris

Am 25. Januar 1736 wird Giuseppe Ludovico Lagrangia in Turin in Italien geboren. Da seine Familie französischer Abstammung ist, benennt er sich später in Joseph Louis de Lagrange um. Schon frühzeitig zeigte sich sein besonderes mathematisches Talent, sodass er bereits mit 19 Jahren Professor für Mathematik an der Turiner Artillerieschule wird und Unterricht erteilen darf. Seine Schüler waren teilweise sogar älter als er! In seiner Heimat war er Mitbegründer der Akademie der Wissenschaften.

Mit einigen mathematischen Aufsätzen, die er veröffentlichte, erlangte Langrange viel Ansehen und wurde 1766 von Friedrich dem Großen nach Berlin berufen, um an der dortigen Akademie der Wissenschaften die Nachfolge des Mathematikers Euler anzutreten. In Berlin wirkte er 21 Jahre lang.

Im Jahr 1787 ging er auf Wunsch von Louis XVI. nach Paris. Dort erhält er verschiedene Funktionen wie Professor der Pariser Akademie, Präsident des Münzwesens, Mitglied des Komitees der Erfindungen. Man legte soviel Wert auf seine Person, dass man ihn auch noch zum Professor für Mathematik an der Ecole Normale macht und im Bureau de Longitudes als Mitglied aufnimmt.

Es waren unruhige Zeiten, die Französische Revolution war gerade im Gange. Einige seiner Freunde wurden sogar mit der Guillotine hingerichtet. Lagrange aber wurde immer geachtet und respektiert, niemand wagte es, Hand an ihn zu legen. Langrange war einer der herausragendsten Mathematiker seiner Zeit. Er wirkte auf sehr vielen Gebieten der Mathematik und schreckte auch vor den kompliziertesten Rechnungen nicht zurück.

Die Entdeckung der Librationspunkte

Besonders intensiv widmete er sich der Berechnung der Mondbahn, dem sogenannten Dreikörperproblem, und entdeckte dabei 5 spezielle Punkte zwischen den drei Körpern Sonne, Mond und Erde, an denen sich die Anziehungskräfte gegenseitig aufheben und echte Schwerelosigkeit herrscht.

Befindet sich ein kleinerer Körper an einem solchen Punkt, so verharrt er ohne weiteren Kraftaufwand an dieser Stelle und rotiert mit den großen Körpern mit. Kleine Asteroiden, die an einen solchen Punkt im Raum geraten, werden dort gefangen gehalten und kommen von selbst nicht mehr weg. Ihm zu Ehren wurden die Punkte Lagrangepunkte genannt, außerdem heißen sie auch noch Librationspunkte.

Leider fand man zu Lebzeiten von Lagrange noch keine Himmelskörper an den Lagrangepunkten, sodass seine These nicht bestätigt werden konnte. 1906, ganze 93 Jahre nach seinem Tod, wurde ein Kleinplanet in der Umlaufbahn des Jupiters entdeckt, der sich an einem Lagrangepunkt aufhält. Inzwischen kennen wir viele solcher Körper, die auch Trojaner genannt werden.

Selbst in der Raumfahrt macht man sich die Punkte inzwischen zunutze, indem dort Satelliten stationiert werden. Der Vorteil besteht im geringeren Treibstoffverbrauch, da der Satellit nicht ständig in seiner Lage korrigiert werden muss. Er verbleibt ganz automatisch im Bereich des Lagrangepunktes.

Nikolaus Kopernikus lebte von 1473 bis 1543

Die Jugendzeit

Nikolaus Kopernikus wurde als Sohn eines wohlhabenden Kaufmanns in Thorn (Torun) im heutigen Polen geboren. Als er zehn Jahre alt war, starb sein Vater. So kam er in die Obhut seines Onkels Lucas Watzenrode. Dieser mochte seinen Ziehsohn und kümmerte sich gut um ihn. Er hatte für Nikolaus eine Stelle im Kirchendienst vorgesehen und schickte ihn zunächst einmal zum Studieren. Kopernikus besuchte die Universität in Krakau, lernte dort Mathematik und Astronomie und ging dann nach Italien, um im Bologna, Padua und Ferrara geistliches und weltliches Recht und Medizin zu studieren.

In Italien wohnte er bei einem Astronomen und erlernte bei ihm die praktische Himmelsbeobachtung, bisher kannte er die Astronomie ja nur aus der Theorie. Hier entflammte wohl seine Liebe zu den Sternen. Er besorgte sich alle verfügbare Literatur zu diesem Thema und erlernte sogar extra die griechische Sprache, um die astronomischen Werke der alten Griechen im Original lesen zu können.

In Gesprächen mit anderen Studenten erfuhr er, dass im Almagest des Ptolemäus viele Ungenauigkeiten und Ungereimtheiten enthalten sind. Kopernikus beschloss für sich, selbst nach weiteren Fehlern zu suchen und eigene Beobachtungen anzustellen, um den wahren Lauf der Gestirne herauszufinden.

Ptolemäus hatte sich, um den Lauf der Planeten und des Mondes zu beschreiben, ein kompliziertes System aus Kreisen und Hilfskreisen erdacht. Nach seinem System für den Mond müsste dieser aber bei Halbmond doppelt so groß erscheinen wie bei Vollmond, was natürlich nicht der Fall ist. Vor allem die zeitweise Rückwärtsbewegung der Planeten am Himmel machte es schwer, ihren Lauf zu beschreiben, weil es dafür keine gute Erklärung gab.

Die komplizierten Epizykelsysteme konnten das Verhalten von Mond und Planeten am Himmel nicht sehr genau wiedergeben. Kopernikus grübelte darüber nach und kam auf eine einfache, aber revolutionäre Idee.

Das herkömmliche geozentrische Weltbild

Kopernikus kam dahinter, dass sich das Problem mit den rückwärtigen Planetenbewegungen ganz einfach lösen ließe, wenn er die Erde aus dem Zentrum der Welt herauslöst und statt ihrer die Sonne in den Mittelpunkt stellt. Die Erde sollte hierbei die Sonne umkreisen, genau wie auch die Planeten. Da die Bahnen dann unterschiedlich lang sind, überholen innenlaufende Planeten die äußeren.

So ließe sich viel besser erklären, warum Mars, Jupiter und Saturn jedesmal während ihrer Opposition eine Schleife am Himmel vollführen und dabei auch rückwärts laufen. In diesem Moment werden sie einfach von der weiter innen laufenden Erde überholt. Von der Beobachtungsposition der Erde aus scheinen sie dabei eine Rückwärtsbewegung am Himmel auszuführen.

Bislang aber galt das geozentrische Weltsystem, das von Ptolemäus ungefähr im Jahr 140 schriftlich festgehalten wurde. Man stellte sich die Erde im Mittelpunkt der Welt vor, und alle Himmelskörper umkreisen sie, der Mond, die Sonne und die bis dahin bekannten 5 Planeten. Ptolemäus befestigte jeden einzelnen Himmelskörper an einer eigenen kristallenen Schale. Ganz außen, an der 8. Schale,waren alle Sterne befestigt. Jede Schale drehte sich und führte den daran festsitzenden Körper um die Erde herum.

Es ergab sich ein weiteres Problem mit den Beobachtungsdaten des Ptolemäus, die zu Kopernikus' Zeiten ja immerhin schon 1400 Jahre alt waren. Der Aufenthaltsort der Sonne an bestimmten Zeitpunkten im Jahresverlauf stimmte nicht mehr mit ihrem tatsächlichen Lauf überein. Der Sternenhimmel wurde nach aristotelischer Lehre als unveränderbar und ewig gültig angesehen, doch offensichtlich hatte sich hier etwas verschoben.

Wir wissen heute, was dahintersteckt, nämlich die Präzession, eine Schwankung der Erdachse. Innerhalb eines Menschenlebens macht sie sich kaum bemerkbar, aber über längere Zeiträume treten die Verschiebungen des Himmelsnordpols und der Aufenthaltsorte von Sonne und Planeten auf der Ekliptik deutlich hervor. Das passt nicht mit der Annahme zusammen, die Erde stünde unbeweglich und unverrückbar im Zentrum des Alls.

Die neuen Ideen des Kopernikus

Bereits um 1514 hielt Kopernikus seine Ideen schriftlich fest. Er schrieb eine kleine Abhandlung darüber, die er 'Commentariolus' nannte, und ließ einige Abschriften davon im Freundeskreis herumgehen. Schon damals formulierte er ganz klar seine Neuerungen:

• Die Erde ist nicht der Mittelpunkt der Welt, sondern nur das Zentrum der Mondbahn.
• Alle Bahnkreise umgeben die Sonne, also liegt der Mittelpunkt der Welt in Sonnennähe.
• Die Bewegung des Fixsternhimmels wird durch die Drehung der Erde um sich selbst hervorgerufen.
• Die Bewegung der Sonne am Himmel ist keine Eigenbewegung, sondern wird durch den Lauf der Erde um die Sonne und durch die Erdrotation hervorgerufen.
• Die Schleifen der Planeten am Himmel sind nur scheinbare Bewegungen, die dadurch entstehen, weil sich auch die Erde bewegt und sich dabei unser Blickpunkt verändert.

Nikolaus trat nach seinem Studium die Stelle als Domherr von Ermland an und war mit der Verwaltung seines Dombezirkes betraut. Gleichzeitig arbeitete er auch als Arzt und behandelte seine Untergebenen kostenlos. Die Astronomie konnte er nur als Hobby nebenher betreiben, was er aber offensichtlich ganz intensiv getan hat. Über 3 Jahrzehnte arbeitete er an seinen Thesen und versuchte, sie durch eigene Beobachtungen zu untermauern. Dazu ließ er sich ein Türmchen ohne Dach bauen, in dem er seine Beobachtungsinstrumente aufstellte und dort viele Nächte verbrachte.

Zeit seines Lebens dachte er nicht daran, seine Erkenntnisse einer breiten Öffentlichkeit bekannt zu machen. Er wusste, wie fest das alte Weltenmodell in den Köpfen der Menschen saß und wollte nicht, dass man seine Ideen verreißt und lächerlich macht. Eine bewegte Erde konnte sich damals kaum jemand vorstellen, man spürt ja auch nichts von ihrer Bewegung. Seine Zeitgenossen waren der Meinung, dass man bei einer Erddrehung den Fahrtwind spüren müsse. Oder dass Gegenstände schräg nach unten fallen müssten.

Kopernikus konnte keinen echten Beweis vorlegen, dass er mit seinem heliozentrischen System Recht hat. Die Beobachtungen lassen sich so und so auslegen, sodass sowohl das geozentrische als auch das heliozentrische Modell passt. Und ein Blick zum Himmel genügte ja, um sich davon zu überzeugen, dass sich alles um die Erde herumdreht und sie selbst feststeht..

Erst als Kopernikus Rheticus kennenlernte, der sogleich Feuer und Flamme für die neuen Ideen war, ließ er sich überzeugen, seine Ansichten in einem Buch zu verfassen. Rheticus sollte sich um den Druck des Buches kümmern.

Kopernikus schrieb nun also um 1540 sein berühmtes Buch "De Revolutionibus Orbium Coelestium". Der handschriftliche Entwurf ist sogar heute noch erhalten. Die Drucklegung des Buches zog sich lange hin. Zum einen war es ein schwieriger Text, den Kopernikus außerdem an vielen Stellen wieder und wieder verändert hatte. Dann mussten von den komplizierten Grafiken für das Buch Holzschnitte angefertigt werden, ganze 142 Stück! Und zum anderen war der Buchdruck relativ neu und noch nicht automatisiert, und viele Werke harrten noch ihrer Drucklegung. Die Druckereien waren zu dieser Zeit gerade mit dem Druck der Schriften von Martin Luther beschäftigt.

Kurz vor Fertigstellung des Buches wurde Rheticus an die Universität Leipzig berufen, weshalb er seine Arbeiten an Kopernikus' Buch jemand anderem übertragen musste. Kopernikus selbst war zu dieser Zeit schon schwer krank, er hatte einen Schlaganfall erlitten. Und so kam es, dass ein Andreas Osiander den Druck beaufsichtigte.

Andreas Osiander kannte den Inhalt des Buches und fürchtete, dass es sofort nach seinem Erscheinen von der Kirche verboten werden würde. Deshalb schrieb er, ohne dass irgendjemand davon wusste, eine Einleitung, in der steht, dass man die Thesen von Kopernikus nicht als real ansehen solle, sondern vielmehr als mathematisches Modell betrachten muss, das sich zur Berechnung der Gestirne verwenden lässt. Osiander unterschrieb das Vorwort nicht mit seinem Namen, sodass später viele glaubten, Kopernikus selbst habe es geschrieben. Doch die, die Kopernikus kannten wussten, dass es ihm ernst ist mit seinem neuen Modell der Planeten.

Das Vorwort war ein Skandal, weil es das großartige, neue, revolutionäre Werk des Kopernikus als irreal darstellte, als bloßes mathematisches Produkt, das in der Realität keinen Bestand hat. Zugleich aber rettete es das Buch vor dem Index der Kirche, die dieses Weltmodell als bloßes Rechenhilfsmittel akzeptieren konnte. Das Buch kam erst 1616 auf den Index der verbotenen Bücher, aber auch nur in Italien.

Nikolaus Kopernikus selbst bekam von all dem nichts mehr mit. Er starb 1543 nach einem weiteren Schlaganfall. Sein fertiges Buch brachte man ihm gerade noch an seinem Todestag. Ob er das Vorwort gesehen hat ist unbekannt. Das kopernikanische System, das die Sonne in den Mittelpunkt setzt und die Planeten mitsamt der Erde auf Kreisbahnen um sie rotieren lässt, war noch nicht wirklich realitätsgetreu, aber doch ein großer Schritt in die richtige Richtung. Kopernikus inspirierte nachfolgende Astronomen, das System zu verfeinern und zu verbessern und vor allem, es gegen die althergebrachte vorherrschende Meinung zu verteidigen.

Die Zeit ist reif für etwas Neues

Etwa 1400 Jahre lang hatte so gut wie niemand das geozentrische Weltbild in Frage gestellt. Es erklärte, trotz einiger Ungereimtheiten, die zu beobachtende Himmelsmechanik ganz gut. Aber irgendetwas stimmte trotzdem nicht. Die Zeit war reif für Veränderungen, auch am Himmel. Kopernikus alleine hätte einen solchen Kraftakt, die Welt aus den Angeln zu heben und die Himmelskörper neu anzuordnen, nicht schaffen können. Er setzte das Werk vieler fleißiger Vordenker und gewissenhafter Beobachter fort und ließ sich von den Ideen anderer inspirieren.

Möglicherweise hatte er das Werk von Aristarch von Samos in die Hände bekommen, der schon 1800 Jahre zuvor die Ansicht äußerte, die Sonne stünde im Mittelpunkt, und die Erde würde sie umkreisen. Er profitierte von den Übersetzungen der antiken griechischen Werke durch die Araber, die dabei nicht nur den Inhalt 1:1 übertrugen, sondern gleich offensichtliche Fehler ausbesserten oder kommentierten und eigene Berechnungen durchführten.

Auch in Europa entstanden neue Übersetzungen der antiken Schriften, so von Georg von Peuerbach und seinem Schüler Regiomontanus, die den Almagest des Ptolemäus ins Lateinische übersetzten, Fehler entdeckten, zahlreiche Anmerkungen hinzufügten und eine verständlichere Zusammenfassung schrieben.

Auch die Gesellschaft war zu Kopernikus' Zeit gerade im Wandel. Nur etwa 100 Jahre zuvor wurde der Buchdruck durch Johannes Gutenberg erfunden, was zu einer raschen Verbreitung von Büchern und somit Wissen führte. Bis dahin waren Bücher ein Privileg der Reichen und der Geistlichen. Mönche vervielfältigten Bücher durch Abschreiben, was entsprechend lange dauerte. Bücher waren nicht allgemein zugänglich, sondern wurden in Klosterbibliotheken aufbewahrt.

Mit dem Buchdruck war man nun in der Lage, in kurzer Zeit viele preiswerte Kopien eines Buches anzufertigen. Das führte zu einer raschen Verbreitung von Büchern auch unter der weniger privilegierten Bevölkerung. Kopernikus konnte bereits auf das Wissen der Antike in Buchform zurückgreifen, und auch sein eigenes Werk konnte auf diese Weise unter die Leute gebracht werden.

Außerdem begann gerade die Reformation. Martin Luther hatte 1517 seine berühmten Thesen an die Kirchentür zu Wittenberg genagelt und damit eine Spaltung der Kirche ausgelöst. Religiöse Unruhen, Verfolgungen und Bauernaufstände waren die Folge, das bestehende System wurde in Frage gestellt und erlebte heftige Erschütterungen.

Zudem lebte die Seefahrt auf, die dringend genaue astronomische Daten benötigte, um sich auf den Weltmeeren nicht zu verfahren, denn die Seefahrer konnten sich auf dem Wasser abgesehen vom Kompass nur am Lauf der Gestirne orientieren. 1492 entdeckte Kolumbus gar einen ganz neuen riesigen Kontinent, der bis dahin auf noch keiner Weltkarte eingetragen war. Dabei wollte er doch nur nach Indien fahren und sich den Umweg um ganz Afrika sparen, indem er die Erde umrunden und Indien von der anderen Seite her erreichen wollte.

Seit Bekanntwerden und Erforschung des neuen Doppelkontinents waren die alten Weltgloben und Weltkarten wertlos. Ptolemäus selbst hatte Weltkarten angefertigt, denn er war auch ein großer Geograph. Doch nun, zu Kopernikus' Lebzeit, stellte sich heraus, dass die Karten nicht stimmten. Sollte man da nicht auch an der Kosmologie des Ptolemäus zweifeln?

Die Gesellschaft war im Wandel, althergebrachte Vorstellungen wurden nun angezweifelt oder gleich über Bord geworfen. Die bekannte Welt war größer geworden, immer neue Schiffe brachen auf, um neue Entdeckungen zu machen. Alles war von Veränderungen erfasst. Die Zeit war tatsächlich reif für ein neues Weltbild. Die Ideen des Kopernikus waren nicht wirklich neu, konnten sich aber bis dahin nicht durchsetzen. Auch für das kopernikanische System dauerte es noch ca. 100 Jahre, bis es allgemein akzeptiert wurde.

Beweise seiner Richtigkeit konnten zunächst nicht erbracht werden. Das gelang erst Galileo Galilei nach Erfindung des Fernrohrs. Johannes Kepler verhalf dem heliozentrischen Weltbild endgültig zu seinem Recht, als er die Gesetze entdeckte, nach denen sich die Planeten um die Sonne drehen.