Kurze Geschichte der Astronomie

Frühgeschichte

 

Alle Völker des Altertums studierten den Himmel und gaben den Sternbildern Namen. Räumlich und zeitlich voneinander getrennt entwickelten viele Kulturen ähnliche Glaubensvorstellungen: Babylonier, Griechen, Chinesen, Ägypter und andere schreiben den Sternen, Planeten und Sternbildern göttliche Kräfte zu. Babylonier und Mongolen betrachteten die Milchstrasse als Saum, an dem die beiden Himmelshälften zusammengenäht sind. Wikinger, Sumerer und die Ureinwohner Nordamerikas sahen in ihr eine Brücke zwischen den Lebenden und Toten. 

Viele frühe Kulturen erstellten Kalender, um bestimmte Ereignisse zu terminieren: Religiöse Feste, Pflanz- und Erntezeiten, sogar Kriege wurden von den Bewegungen der Himmelskörper bestimmt. Astronomisches Verstehen konnte zu einer Frage von Leben und Tod werden.

In höheren Breiten kündigten die länger werdenden Tage im Frühling die Wiederkehr der Jahreszeiten des Wachsens, Gedeihens und Lebens an. Nahe dem Äquator wiesen Veränderungen der Sterne auf den kommenden Monsunregen und den Wechsel der Windrichtungen hin, die für Ackerbau und Seehandel von entscheidender Bedeutung waren. 

Astronomie dürfte die älteste "Wissenschaft" der Menschheit sein, wobei man natürlich von "Wissenschaft" im heutigen Sinne erst seit ein paar hundert Jahren sprechen darf. Aber den Menschen ist schon früh aufgefallen, dass sich die Bewegungen von Sonne, Mond, Sternen und Planeten regelmässig wiederholen und nutzten dieses Wissen für ihre Kalender oder für religiöse Zwecke. Bauten aus der Jungsteinzeit wie Stonehenge oder die Himmelsscheibe von Nebra aus der Bronzezeit sind frühe Zeugen der Bedeutung der Gestirne für unsere Vorfahren.

Stonehenge, im Süden Englands, erbaut ab ca. 3000 v. Chr.​

Die Himmelsscheibe von Nebra. Alter: ca. 4000 Jahre

Antike

Im Nahen Osten​  und Ägypten war man zur selben Zeit schon etwas weiter. Im Zweistromland von Euphrat und Tigris, auf dem Gebiet des heutigen Irak sowie am Nil entstanden die ersten Hochkulturen: die Sumerer und Ägypter ab ca. 2000 v. Chr. und rund 1000 Jahre später die Babylonier beobachteten den Himmel sehr systematisch. Dank ihrer Schriftkultur sind auch die Namen, die sie den hellsten Sternen gaben, überliefert. Diese Sternnamen wurden später von den Griechen übernommen.

Griechische Philosophen waren wohl auch die ersten, die in den Himmelsereignissen natürliche und nicht göttliche Erscheinungen sahen. Sie erkannten bereits, dass die Erde kugelförmig ist und verstanden die Ursache von Sonnen- und Mondfinsternissen. 

Eratosthenes von Kyrene (ca. 276 - 196 v. Chr.) berechnete den Erdumfang aus dem Breitenunterschied zwischen Alexandria und Syene (Assuan) und ermittelte eine Zahl (46'000 km), die dem heutigen Wert nahe kam. Außerdem zeichnete er auf einer Weltkarte die ersten Längengrade ein.

Hipparchos von Nikaia (ca. 180 - 125 v. Chr.) legte den ersten Fixsternkatalog an. Er benutzte eine totale Sonnenfinsternis um die Entfernung und die Größe des Mondes richtig zu bestimmen.

Ptolemäus (ca. 120 - 190 n. Chr.) war in Ägypten und schrieb im 2. Jahrhundert n. Chr. ein großes astronomisches Kompendium, das sogenannte  Almagest. Eine umfassende Darstellung des astronomischen Wissens der damaligen Zeit. Er fügte seinem Werk auch den Sternenkatalog von Hipparchos bei.

 

 

Mittelalter

Im frühen Mittelalter waren es vor allem die Araber und die Chinesen, die ein hohes Niveau astronomischer Beobachtung erreichten. In den arabisch sprechenden Ländern übersetzte man die griechischen Schriften von Ptolemäus und Hipparchos. Diese kamen schliesslich nach Europa, wo die arabischen Übersetzungen wieder ins Lateinische transkribiert wurde. Daher kennen wir heute viele Sterne unter ihrem arabischen Namen.

Nikolaus Kopernikus (1473-1543)

das heliozentrische Weltbild

Er war einer der bedeutendsten Astronomen des Mittelalters und leitete mit der Ausarbeitung des heliozentrischen Weltbildes eine der größten Revolutionen in der Geschichte der Astronomie ein. Kopernikus ging davon aus, dass sich nicht die Erde, sondern die Sonne im Zentrum unseres Planetensystems befindet. Das bedeutete eine völlig neue Vorstellung über den Aufbau unseres Planetensystems. Oft spricht man in diesem Zusammenhang von der "kopernikanischen Wende". 

 

Tycho Brahe (1546-1601)

Ein Lob auf genaue Beobachtungsdaten

Tycho Brahe war ein Däne und der berühmteste Astronom des späten 16. Jahrhunderts. Er war auch einer der letzten, die Astronomie ohne optische Hilfsmittel wie Teleskope betrieben. Er war aber ein sehr ausdauernder und genauer Beobachter und sammelte extrem genaue Daten zur Bewegung der Planeten. Mit Hilfe dieser Daten gelang Johannes Kepler schliesslich der  Beweis des heliozentrischen Weltbildes.

 

Johannes Kepler (1571-1630)

Der Beweis des heliozentrischen Weltbilds

Johannes Kepler und Tycho Brahe ergänzten sich hervorragend. Brahe war ein sehr guter Beobachter, aber kein guter Mathematiker. Kepler hingegen war ein Meister der Mathematik, aber wegen einer schweren Pockenerkrankung in seiner Kindheit war sein Sehvermögen so schlecht, dass er den Himmel nicht selber beobachten konnte. Doch mit Hilfe von Brahes Daten entdeckte er die Gesetzmässigkeiten, nach denen sich die Planeten um die Sonne bewegen, die sogenannten Keplerschen Gesetze. Er gilt als einer der ersten „richtigen“ Naturwissenschafter der Geschichte.

 

Galileo Galilei (1564-1642)

Die Unvollkommenheit des Himmels

Galileo hat das Teleskop nicht erfunden, aber er war der erste Astronom, der es für die Astronomie benutzte. Sein Teleskop war ein Modell, das er selbst gebaut hatte. Die Dinge, die er dabei entdeckte und über die er schrieb, verursachten eine Revolution in der Wissenschaft und eine ungeheure politische und religiöse Kontroverse. Galilei entdeckte die vier grossen Monde des Jupiters. Die Erkenntnis, dass es Himmelskörper gab, die sich nicht um die Erde drehten war revolutionär. Auch dass der Mond keine makellose Oberfläche hat, sondern von tausenden von Einschlagskratern durchsiebt ist, entsprach nicht der damaligen Vorstellung. 

 

Täglich zur gleichen Zeit kartierte Galileo die Bewegungen der Sonnenflecken, die er durch sein Teleskop sah. Sie bewegten sich in eine so präzise Richtung, dass Galileo sicher war, dass die Sonne sich um eine Achse drehte. Bis zu diesem Zeitpunkt wurden Sonnenflecken auf atmosphärische Phänomene zurückgeführt: Ereignisse, die sich um die Sonne herum ereigneten, nicht auf ihrer Oberfläche. 

 

Galileo veröffentlichte 1613 einige Texte mit seinen Erkenntnissen. Dazu gehörten auch seine Zeichnungen der Sonnenflecken. Aber die Vorstellung, dass die Sonne "Makel" hatte, störte viele Menschen, vor allem die Herrscher der mächtigen römisch-katholischen Kirche. Seit Aristoteles (also seit rund 2000 Jahren) war alles im Himmel aus einer unveränderlichen, vollkommenen Substanz gemacht. Und jeder, der nicht einverstanden war, betrat gefährliches Terrain.

 

Die Kirche warnte Galileo davor, seine radikalen Ideen zu veröffentlichen. Aber er fuhr fort, den Himmel zu erforschen. Schließlich, im Jahre 1630, klagte der Vatikan Galilei offiziell an, weil er "bestimmte Schriftstücke über die Sonnenflecken veröffentlichte" und weil er glaubte und lehrte, dass sich die Erde um die Sonne drehte.

Galileo hatte Grund zur Besorgnis, denn 1600 wurde Giordano Bruno, ein Philosoph, der Kopernikus' Theorien unterstützte, auf dem Scheiterhaufen verbrannt. Der Vatikan gab Galilei die Chance, seine Ideen zu widerrufen, was er auch tat. Dennoch war er gezwungen, den Rest seines Lebens unter Hausarrest in seinem Haus in Florenz zu verbringen.

 

Isaac Newton (1642-1727)

Die Gravitation

Zweifellos eines der grössten Genies in der Geschichte der Menschheit. Isaac Newton machte viele bahnbrechende Entdeckungen in den Bereichen der Mathematik, Physik und anderen Naturwissenschaften. Für die Astronomie war sicher seine Erkenntnis am wichtigsten, dass die Kraft, die einen Apfel auf den Boden fallen lässt, die selbe ist, die die Planeten um die Sonne kreisen lässt: die Schwerkraft oder Gravitation. Er war auch der erste, der ein brauchbares Spiegelteleskop konstruierte.

 

William Herschel (1738-1822)

Der Entdecker des Planeten Uranus und der Infrarot-strahlung

Herschel stammte aus Deutschland und kam 1757 als Musiker nach England. Hier begann er Fernrohre zu bauen, und am 13. März 1781 beobachtete er einen Nebel oder Kometen. Der erwies sich jedoch als der Planet URANUS - dessen Entdeckung Herschel zu Ruhm verhalf: König George III. belohnte ihn mit einer Pension, die es ihm ermöglichte, sein Leben der Astronomie zu widmen. 1787 entdeckte er zwei Uranus-Monde und 1789 den sechsten und siebten Saturn-Mond. Ausserdem löste er verschwommene Nebel in Sternhaufen auf und entdeckte Hunderte von Doppelsternen. Herschel war der erste Astronom, der erkannte, dass das Licht der Sterne sehr lange braucht, bis es die Erde erreicht., und dass die Sterngucker deshalb den Blick in eine ferne Vergangenheit richten. 1800 entdeckte er die Infrarotstrahlung, als er die Wellenlängen der Wärmestrahlung der Sonne mass.

 

Caroline Herschel (1750-1848)

Die begabte Schwester Williams

Herschels Schwester Caroline zog 1772 nach England und unterstützte ihren Bruder bei seinen Beobachtungen. Sie schliff Teleskopspiegel und setzte ihre grossen mathematischen Fähigkeiten beim Berechnen der Beobachtungen ein. Acht Kometen entdeckte sie selbst, und nach Williams Tod erstellte sie einen Katalog der von ihm beobachteten Nebel und Sternhaufen. Sie war die erste bedeutende Astronomin. 

 

Henrietta Swan Leavitt (1868-1921)

Meilenstein der Distanzmessung

1908 beobachtete die amerikanische Astronomin, dass sich Cepheiden - über weite Entfernungen sichtbare Riesensterne - in der absoluten Helligkeit und im "Blinktempo", den Perioden grösster und geringster Helligkeit, unterscheiden. Sie stellte fest, dass die hellsten Cepheiden langsam blinkten und die schwächeren schneller - und dass dies eine beständige, abgestufte Erscheinung ist. So konnte sie die Entfernung eines Cepheiden berechnen: Wenn man aufgrund der Blinkrate seine absolute oder wirkliche Helligkeit kennt, zeigt die relativ geringere Leuchtkraft eine entsprechend grössere Entfernung an. Die etablierte Wissenschaft hielt nach wie vor die Milchstrasse für das ganze Universum; doch Henriette Swan Leavitt hatte einen Weg gefunden, darüber hinauszuschauen.

 

Edwin Hubble (1889-1953)

Die Expansion des Universums

Hubble arbeitete mit dem neuen 254-cm-Spiegelteleskop der Mount-Wilson-Sternwarte bei Los Angeles, um die Rotverschiebung (eine Art Doppler-Effekt) zu ermitteln, die Himmelskörper, die sich von uns fort bewegen, rot erscheinen lässt, während diejenigen, die sich uns nähern, eher blau aussehen. Eine ähnliche Wirkung entsteht, wenn der Sirenenton eines Notfallfahrzeugs beim Vorüberfahren plötzlich tiefer zu werden scheint. Licht breitet sich ähnlich wie dem Schall in Wellen aus und wird kurzwelliger, wenn sich seine Quelle dem Beobachter nähert. 1929 beobachtete Hubble 46 Galaxien, deren Abstände von der Erde durch seine Beobachtungen am Mount Wilson gesichert waren, und entdeckte, dass die Rotverschiebung mit grösserer Entfernung zunahm. Hubble bewies damit dass unser Universum nicht statisch und unveränderlich ist, sondern sich fortlaufend ausdehnt und die Abstände zwischen den Galaxien immer grösser werden. 

 

Fritz Zwicky (1898-1974) 

Erster Hinweis auf Dunkle Materie

Fritz Zwicky war ein Schweizer Astronom, der als erster die Vermutung anstellte, dass es mehr Materie im Universum geben muss als nur die sichtbare, für die er den Namen „Dunkle Materie“ prägte. 

Gemäss dem dritten keplerschen Gesetz bewegen sich Körper um so langsamer, je weiter sie vom Zentrum entfernt sind: Merkur z.B. bewegt sich viel schneller (172’000 Km/h) um die Sonne als ein weiter entfernter Planet wie der Mars (87’000 Km/h). Fritz Zwicky beobachtete jedoch, dass sich Galaxien am Rand von grossen Galaxienhaufen viel zu schnell bewegten, so dass sie durch die Fliehkraft eigentlich davon geschleudert werden müssten. Daraus schloss er, dass mehr Masse in den Galaxienhaufen vorhanden sein muss, als wir sehen können.

 

Davon ging Vera Rubin auch aus, als sie die Bewegung der Sterne in der Andromeda-Galaxie mass. Sie stellte jedoch fest, dass sich die weit vom Zentrum entfernten Sterne fast gleich schnell um das galaktische Zentrum bewegen wie die inneren. Das ist jedoch nur möglich, wenn die Galaxie von einer Hülle („Halo“) mit Materie umgeben ist. Wir wissen bis heute nicht, woraus diese Materie besteht. Wir wissen, dass sie über die Graviation wechselwirkt, aber nicht über die elektromagnetische Strahlung, das heisst, sie strahlt kein Licht aus und reflektiert auch kein Licht: sie ist unsichtbar. Woraus diese Dunkle Materie besteht ist eine der wichtigsten offenen Fragen der Kosmologie.

 

Cecilia Payne-Gaposchkin (1900-1979)

Woraus Sterne Bestehen

Zwar hat sie an der Universität Cambridge ihr Studium der Botanik, Physik und Chemie absolviert, aber es gab damals keine offiziellen Abschlüsse für weibliche Studenten. So ist Cecilia Payne-Gaposchkin formal als Studentin in die ehrwürdige Königliche Astronomische Gesellschaft gewählt worden. An der Harvard-Universität in den USA schrieb sie ihre Doktorarbeit über Sternatmosphären, die, so meinte der berühmte Otto Struve, zweifellos die brillanteste sei, die je in der Astronomie geschrieben wurde.
Die Arbeiten Payne-Gaposchkins über den Zusammenhang von Sternspektren und Temperatur sowie über den chemischen Aufbau der Sterne sind herausragend. Sie entdeckte, dass Wasserstoff in der Sonne mindestens eine Million mal häufiger vorkomme als auf der Erde. Sie folgerte als Erste, dass die Sonne hauptsächlich aus Wasserstoff bestehen müsse.
Allerdings überredeten ihre männlichen Vorgesetzten sie, diesen Befund nur in sehr abgeschwächter Form zu veröffentlichen. Die Leistung Cecilia Payne-Gaposchkins in diesem Bereich ist daher mittlerweile fast komplett vergessen.
Harvard hat sie – wie damals üblich – sehr schlecht bezahlt. Erst 1954 bekam sie dort eine volle Professur, später war sie die erste Dekanin überhaupt.
Für viele Beobachter hat Cecilia Payne-Gaposchkin eine Schneise in die männerdominierte Forschungswelt geschlagen – und so viele Frauen ermutigt, ihr nachzueifern.

 
 

Vera Rubin (1928-2016)

Dunkle Materie in Galaxien

1970 begann Vera Rubin mit der Erforschung des Andromedanebels, die der Milchstrasse nächsten Galaxie. Der galaktische Wirbel sollte sich eigentlich im Zentrum schneller als an den äusseren Rändern bewegen - tat es aber nicht. Rubin schloss daraus, dass sich die Galaxie viel weiter ausdehnte und grossteils aus dunkler Materie bestehe, die kein Licht ausstrahlt. Dieser damals noch revolutionäre Gedanke wurde von der etablierten Wissenschaft zuerst belächelt, doch erwies er sich als richtig. 1996 erhielt sie als zweite Frau die Goldmedaille der Royal Astronomical Society - die erste war 1828 Caroline Herschel gewesen.