Geschichte der Astronomie

Der Mechanismus von Antikythera stammt etwa aus dem Jahr 100 v.Chr.. Moderne Untersuchungen legen den Schluss nahe, daß er zur Vorhersage der Bewegung von Himmelskörpern diente.

Die Geschichte der Astronomie umfasst zeitlich die gesamte Kulturgeschichte der Menschheit. Die Astronomie wandelte sich von der bloßen Kunde der Beobachtung des Sternenhimmels und seiner Zyklen über die klassisch-geometrische Astronomie, deren älteste Teilgebiete die Positionsastronomie und Ephemeridenrechnung sind, bis hin zur modernen Astrophysik.

Aus vielen Einzelentdeckungen, die von neuen Erfindungen ermöglicht wurden, hat sich das Weltbild der Astronomie bis heute entwickelt. Die Astronomie bestimmt das Selbstbild des Menschen und seine Auffassung von seiner Stellung im Universum mit, heutzutage vor allem durch die Diskussionen über die Entstehung des Universums und die Suche nach bewohnbaren Planeten und Leben außerhalb des Sonnensystems der Erde.

Vorgeschichtliche Himmelsbeobachtungen

Astronomische Deutung einer 17.000 Jahre alten Jagdszene in der Höhle von Lascaux

Für vorgeschichtliche Himmelsbeobachtungen liegen nur vereinzelt Indizien vor, darunter Wandmalereien in der Höhle von Lascaux (ca. 17.000 bis 15.000 v.u.Z.), in denen vielleicht die Plejaden und der Tierkreis dargestellt sind, sowie ein beim Abri Blanchard in Frankreich gefundener Flügelknochen eines Adlers mit Punktmarkierungen, deren Zahl und Anordnung möglicherweise mit den Mondphasen zusammenhängen. Allerdings beweist der Mangel an relevantem archäologischem Fundmaterial nicht, dass für die vorgeschichtliche Menschheit die Himmelsbeobachtung generell keine Rolle spielte. Jedenfalls ist bei heutigen Jäger– und Sammler-Kulturen, etwa den Aborigines, derartiges durchaus bezeugt.

In der Jungsteinzeit ändert sich die Quellenlage merklich. Die Verwendung eines Kalenders, der bestimmte Kenntnisse über die Vorgänge am Himmel voraussetzte, war für landwirtschaftliche Kulturen lebenswichtig. Ein Vorauswissen über bedeutsame alljährliche Ereignisse ermöglichte Planung. Damit waren religiöse Deutungen der Himmelsphänomene und ihrer möglichen Ursachen verbunden.

Es ist denkbar, dass der Übergang zum Ackerbau zur Ausbildung verschiedener Astralkulte und zu den Anfängen einer Astronomie und auch zur Entstehung der Astrologie (sowohl der westlichen als auch der asiatischen) beigetragen hat. Zahlreiche Gräber dieser Zeit waren nach einer bestimmten Himmelsrichtung ausgerichtet. Zu den archäologischen Funden mit Kalenderzusammenhang zählen die in Süddeutschland und Frankreich gefundenen Goldhüte, die als sakrale Kopfbedeckung von Priestern eines Sonnenkults gedeutet werden, und die Himmelsscheibe von Nebra. Die beeindruckendste prähistorische Kultstätte Europas ist Stonehenge. Über die in Stonehenge praktizierten Kulte ist nichts überliefert, aber die geographische Ausrichtung des Bauwerks legt einen astronomischen Bezug nahe. Ähnliches lässt sich weltweit für Kultbauten aus vielen Epochen zeigen.

Mit der Archäoastronomie gibt es seit den 1970er Jahren ein eigenes Fachgebiet, das sich mit der Erforschung dieser Bauten und Funde unter astronomischem Gesichtspunkt befasst.

Astronomie in den frühen Hochkulturen

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Totale Mondfinsternis 4. Mai 2004

Die erste Mondfinsternis, deren Beobachtung angeblich überliefert ist, ist diejenige vom 17. Januar 3380 v. Chr., die von den Maya in Mittelamerika verzeichnet worden sein soll. Diese Annahme ist allerdings umstritten, da die Forschung davon ausgeht, dass die Maya ihren Kalender frühestens nach 3373 v. Chr. einführten. Vereinzelte Behauptungen, dass er bereits früher begann, haben sich bisher nicht beweisen lassen. In China wurde die erste Sonnenfinsternis im Jahre 2137 v.Chr. aufgezeichnet

Auch die Ägypter und Mesopotamier beobachteten den Himmel und beteten Astralgottheiten an. Auf den 6. Juni 763 v. Chr. fällt die erste sicher datierbare Beobachtung einer Sonnenfinsternis in Mesopotamien.

Ägyptische und mesopotamische Astronomie

Die Himmelsschau war auch in den alten Hochkulturen Nordafrikas und des Nahen Ostens mit Mythologie und Religion verknüpft. In der ägyptischen Hochkultur war die Beschäftigung mit astronomischen Beobachtungen weit weniger mit astrologischen Fragestellungen verbunden als in Mesopotamien.

Ägypten

Die Ägypter nutzten für die Nacht zwölf Sterne zur Zeitmessung, wobei die Länge des jeweils ersten und letzten Zeitabschnitts je nach Jahreszeit angepasst wurde. Der mythologische Hintergrund der Zwölf Nachtsterne („Sterne, die nie untergehen“) war der Glaube, dass die nächtliche Überfahrt der verstorbenen Könige mit dem Sonnengott Re unter dem Schutz der Zwölf Wächter des Nachthimmels stattfand. Sie begann mit der einsetzenden Dämmerung und endete mit dem Sonnenaufgang. Sternbilder spielten ebenfalls eine wichtige Rolle. Sie enthielten die Sterne verschiedener Götter. Die älteste Darstellung des Nachthimmels findet sich auf der Unterseite eines Sarges in Assiut, eine weitere in der Grabkammer des Senenmut (TT 353). Die Darstellung der Sternbilder, die dann üblich wurde – so auch im Grab des Königs Sethos I. um 1279 v. Chr. – stimmt nicht mit der heutigen Einteilung der Sternbilder überein.

Welche Methoden die ägyptischen Astronomen genau benutzten, ist nicht überliefert. Im ägyptischen Kalender spielte Sirius eine besondere Rolle, da die Nilflut ab etwa 2000 v. Chr. zeitgleich mit dem gemeinsamen Aufgang von Sirius und der Sonne eintraf. Ursprünglich scheint der Sirius aber mit dem Schönen Fest vom Wüstental in Verbindung zu stehen. Da das ägyptische Jahr genau 365 Tage lang war, änderte sich das Datum des heliakischen Aufgangs des Sirius nur langsam; er fiel nach Ablauf eines Zyklus von 1440 bis 1460 Jahren wieder auf dasselbe Datum des ägyptischen Kalenders. Die Geschichte der altägyptische Religion zeigt, dass die Priester über ihr astronomisches Wissen wachten und noch um 221 v. Chr. eine Reform des Kalenders mit einer verbesserten Jahreslänge von 365,25 Tagen rückgängig machten. Dies mag damit zusammenhängen, dass die Priester für die Berechnung der religiösen Festtage, die sich bei einem 365-Tageskalender langsam verschoben, zuständig waren; diese Aufgabe wäre ihnen bei einem korrigierten Kalender mit 365,25 Tagen abhanden gekommen.

Astronomische Prinzipien sind auch in der Ausrichtung sakraler Bauwerke (insbesondere der Pyramiden) zu erkennen.

Mesopotamien

Darstellende Armillarsphäre – bis in 17. Jhd. benutzt

Ein zentrales Anliegen der mesopotamischen Astronomie waren astrologische Voraussagen und die Beschäftigung mit himmlischen Vorzeichen. Babylonier und Assyrer bewahrten in ihren Archiven Aufzeichnungen über ihre astronomischen Beobachtungen, die selbst nach vorsichtigen Schätzungen bis ins dritte vorchristliche Jahrtausend zurückreichen.

Die Sumerer erstellten nach den astronomischen Konstellationen ihren Kalender. Tausende von überlieferten Tontafeln in Keilschrift enthalten astronomische Texte, die vor allem den Archiven von Uruk und Ninive zugeordnet werden. Schon früh im 3. Jahrtausend v. Chr. wurde die Venus als Stern der Inanna beschrieben. Alte Rollsiegel und Texte zu Inanna als Verkörperung des Planeten Venus belegen das Alter der sumerischen Kenntnisse: Inanna, als Venus sehen dich auch alle Fremdländer leuchten. Ich möchte ihr, als Himmelsherrin, ein Lied darbringen.

Gestützt auf lange Beobachtungsreihen entwickelten babylonische Astronomen mathematische Reihen, die die Berechnung der Positionen der Himmelskörper und damit die Voraussage der Himmelserscheinungen ermöglichten. Bereits um 1000 v. Chr. konnten sie komplexe Überlagerungen periodischer Phänomene in die einzelnen Perioden isolieren und so vorausberechnen.

Wissenüberlieferung an die Griechen

Einfache Formen der Armillarsphäre wurden bereits bei den Babyloniern benutzt und später von den Griechen weiterentwickelt. Die Einteilung des Tierkreises in 360 Grad, die vermutlich auf die ägyptischen Dekane zurückgeht, wurden ebenso übernommen wie einzelne Beobachtungen und die Planetenbezeichnungen und Perioden der Babylonier. Nicht übernommen aber wurden die zugrunde liegenden mathematischen Methoden; die griechische Herangehensweise war eine andere, da die griechischen Philosophen das Universum primär geometrisch, nicht arithmetisch verstanden.

Das heutige Wissen über die Anfänge der griechischen Astronomie und das Ausmaß ihrer Beeinflussung durch die mesopotamische ist sehr lückenhaft. Es ist davon auszugehen, dass der Bücherverlust in der Spätantike auch zahlreiche astronomische Werke betraf.

Die griechischen Philosophen und Astronomen

Künstlerische Darstellung des geozentrischen Weltbilds nach Ptolemäus

Hinweise auf die Beschäftigung der antiken Griechen mit den Vorgängen am Himmel bieten bereits sehr frühe literarische Texte. Sowohl Homer als auch Hesiod erwähnen astronomische Gegebenheiten; der Tierkreis ist bei Homer nur teilweise bezeugt. Diese beiden Autoren lassen noch kein tieferes Verständnis erkennen; so beschreiben sie Morgen- und Abendstern als verschiedene Objekte. Spätestens zur Zeit Platons war dieser Irrtum dank babylonischer Informationen korrigiert; dieser Fortschritt wurde später auf Pythagoras zurückgeführt.

Die Vorsokratiker entwickelten bis zum 5. Jahrhundert v. Chr. unterschiedliche astronomische Modelle. Sie erfanden unter anderem zunehmend genauere Methoden zur Messung der Zeit, etwa Sonnenuhren, deren Grundlagen sie wahrscheinlich von den Babyloniern übernahmen. Anaximander, ein Zeitgenosse und Schüler des Thales, postulierte das geozentrische Weltbild, indem er als erster den Himmel als Kugelschale (Sphäre) mit der Erde im Zentrum beschrieb. Frühere Kulturen sahen den Himmel als Halbkugel nur über der Erdscheibe, ohne außerhalb von Mythen das Problem zu berühren, wo sich die Sterne zwischen Auf- und Untergang befinden. Den Übergang zur Erde als Kugel machte Anaximander jedoch noch nicht.

Die griechische Kultur der klassischen Zeit betrieb erstmals Astronomie aus wissenschaftlichem Interesse an den tatsächlichen Vorgängen am Himmel, unabhängig vom praktischen Nutzen des Kalenders und von religiösen und astrologischen Motiven. Noch heute berühmt ist die bemerkenswert genaue Messung des Erdumfangs durch Eratosthenes um 220 v. Chr., der die unterschiedlichen Schattenlängen der Sonne am gleichen Tag in Alexandria und Syene, wo sie genau im Zenit steht, auf unterschiedliche Breitengrade auf einer Kugel zurückführte. Weniger bekannt ist der Versuch des Aristarchos von Samos, den Abstand zur Sonne im Verhältnis zum Mondabstand zu messen, der zwar aufgrund ungenügender Messgenauigkeit sehr fehlerhaft ausfiel (er wurde um den Faktor 20 zu kurz bestimmt), aber methodisch korrekt war.

Persisches Astrolab (18. Jhd.) – Armillarsphäre zur Winkelmessung

Hipparchos von Nicäa und andere entwickelten die astronomischen Instrumente, die bis zur Erfindung des Fernrohres fast zweitausend Jahre später in Gebrauch blieben, etwa ein Winkelmessinstrument, eine Art weiterentwickelte Armillarsphäre, mit der Koordinaten an der Himmelskugel bestimmt werden konnten. Es wurde von Eratosthenes noch unter der Bezeichnung Astrolab eingeführt und auch von Ptolemäus beschrieben. Einer der wenigen erhaltenen technischen Gegenstände aus griechischer Zeit ist der Mechanismus von Antikythera, die früheste bekannte Zahnrad-Apparatur (ca. 100 v. Chr.). Der Mechanismus wird als Analogrechner zur Vorausberechnung der Himmelskörperbewegung interpretiert, der womöglich von Poseidonios (135 – 51 v. Chr.) konstruiert wurde.

Eine weitere wesentliche Vorarbeit für die Astronomie späterer Zeiten leistete Aristoteles (384–332 v. Chr.) der das Prinzip der Camera obscura erkannte.

Heliozentrisches Weltbild

Das Werk des Ptolemäus um 150 n. Chr. stellte den Höhepunkt und Abschluss der antiken Astronomie dar. Ptolemäus entwickelte auf der Basis bereits zu seiner Zeit bestehender Arbeiten (Hipparchos und mögliche andere) das nach ihm benannte Weltbild und gab mit dem Almagest ein Standardwerk der Astronomie heraus, auf dessen Sternkatalog sich Astronomen noch bis über die Renaissance hinaus beriefen. Die Römer schätzten die Astronomie als Teil der Bildung, erweiterten sie jedoch nicht. Ihr Interesse galt mehr der Astrologie als eine Möglichkeit, in die Zukunft zu schauen. Ein Teil der antiken Fachliteratur wurde im Oströmischen Reich bewahrt, doch der kulturelle Austausch mit der lateinischsprachigen Gelehrtenwelt West- und Mitteleuropas kam schon am Anfang des Frühmittelalters weitgehend zum Erliegen.

Alternativen zum geozentrischen Weltbild

Wiederholt wurden Alternativen zum geozentrischen Weltbild vorgeschlagen. Manche Pythagoreer meinten, im Zentrum des Universums befinde sich ein Zentralfeuer, das von der Erde, der Sonne und den Planeten umkreist werde. Aristarchos von Samos vertrat im 3. Jahrhundert v. Chr. bereits ein heliozentrisches Weltbild mit der Sonne als ruhendem Zentrum und wurde deshalb der Gottlosigkeit beschuldigt. Das geozentrische Weltbild blieb jedoch bis Kopernikus, der sich auf Aristarchos berief, das allgemein anerkannte Modell. Die Erkenntnisse von Kopernikus ließen erste Zweifel daran aufkommen. Nach weiteren Entdeckungen von Johannes Kepler und Galileo Galilei konnte sich das Heliozentrische Weltbild aber erst im 18. Jahrhundert vollends gegen den Widerstand der Kirche durchsetzen.

Eckpunkte der Entwicklung in der Antike

Als Einsichten und Errungenschaften der antiken Astronomen sind festzuhalten:

• die Fähigkeit, die Bewegungen der Planeten und das Eintreten von Finsternissen (Saros-Zyklus) zu berechnen und vorauszusagen
• die Erkenntnis, dass die Erde kugelförmig ist (384–322 v. Chr.: Erste Vermutungen einer kreisförmigen Erde aufgrund kreisförmiger Erdschatten bei Mondfinsternissen; um 200 v. Chr. durch Eratosthenes von Alexandria: Erste annähernd richtige Berechnung des Erdumfanges über Winkel von Schatten an diversen Orten)
• das Vorschlagen von Alternativen zum geozentrischen Weltbild
• die um 150 v. Chr. von Hipparchos von Nikaia und Archimedes erstellten ersten Sternkataloge (1000 Sterne)
• die Entdeckung der Präzessionsbewegung der Erde Diese Entdeckung wird Hipparchos (um 150 v. Chr.) zugeschrieben. Seit damals ist also die permanente Veränderung der Koordinaten der Fixsterne am Nachthimmel und somit auch der Äquatorialkoordinaten Rektaszension und Deklination bekannt.

Plinius der Ältere, der 60 n. Chr. eine Gesamtdarstellung des damaligen naturkundlichen Wissens verfasste, behandelte auch die Astronomie als Himmelskunde im Unterschied zur Astrologie.

Entwicklung der Astronomie in Indien, Amerika und China

Indien

In der Indus-Kultur entstand ab 1000 v. Chr. eine detaillierte Kosmologie mit den göttlichen Naturkräften Himmel, Erde, Sonne (die als glühender Stein gedeutet wurde), Mond, Feuer und den acht Himmelsrichtungen. Ein heiliges Ei ist der Ursprung der Welt, mit Schalen für die Urerde, den Sternhimmel und dazwischen der Lufthülle.

Observatorium Jantar Mantar in Jaipur

Da die vedische Astronomie in Versen stark verschlüsselt überliefert ist, ist deren Einordnung in einen größeren Rahmen schwierig. Allgemein ist die vedische Astronomie der babylonischen aber sehr ähnlich, was, je nach Interpretation und Datierung, babylonische Vorbilder der vedischen Astronomie sowie umgekehrt bedeuten kann. Beide Positionen werden in der Astronomiegeschichte diskutiert, ebenso ist aber auch eine im Wesentlichen unabhängige Entwicklung denkbar, da einige der Gemeinsamkeiten, wie die Teilung des Tierkreises in 360 Grad mit zwölf Sternbildern auch direkt aus der Natur hergeleitet werden können. So wird das Jahr zu 360 Tagen gerundet, die Monate aber wie heute gezählt. Der Tag hat jahreszeitlich verschiedene Längen („Muhurtas“ mit 9,6 bis 14,4 Stunden), die Planetenbahnen verlaufen zwischen Sonne und Polarstern. Eine erstaunliche Entsprechung zum Christentum bzw. zu Teilhard de Chardin ist erwähnenswert: Gott ist ein die Welt liebender Geist, dessen Sohn die Entwicklung des Weltalls im Auge behält. Einen zweiten Aufschwung erlebt die indische Astronomie um 500 n. Chr. mit dem Astronomen Aryabhata, dem unter anderem das Konzept der Zahl „null“ zugeschrieben wird. Bekannt sind auch die fünf Observatorien die Jai Singh II. im frühen 18. Jahrhundert unter anderem in Delhi und Jaipur errichten ließ. Das größte davon, das Jantar Mantar in Jaipur, besteht aus vierzehn Bauwerken zur Beobachtung und Messung astronomischer Phänomene.

Amerika

Piedra del Sol, ein aztekischer Kalenderstein

Über das astronomische Weltbild der indianischen Hochkulturen ist wenig bekannt, doch geben Kultbauten und Sternwarten zahlreiche Hinweise. Die meisten Schriften und Codices wurden durch die Konquistadoren vernichtet. Die Kalenderrechnung und die Berechnung der Planetenzyklen war zweifelsfrei hochentwickelt – siehe etwa den Maya- und den Azteken-Kalender.

Die Umlaufzeiten der damals fünf sichtbaren Planeten sind teilweise auf nur wenige Minuten bekannt. Die Dauer des Monats stimmt mit heutigen Werten auf 6 Dezimalen überein – was pro Jahrhundert nicht einmal 1 Stunde Fehler ausmacht.

China

Wesentliches Element der chinesische Philosophie ist die Harmonie von Himmel, Mensch und Erde. Himmelserscheinungen wurden daher unter diesem Gesichtspunkt beurteilt. Das Bestreben der Chinesen war es, so die Deutung in der aktuellen Literatur der Volksrepublik China, Störungen dieser Harmonie vorherzusehen und somit das Zeitalter des Glaubens an unkalkulierbare Fremdbestimmung zu beenden.

Altchinesische Sternkarte

Daher hatten sich die Astronomen im Kaiserreich China nicht nur um den Kalender zu kümmern, sondern auch um die Vorhersage außergewöhnlicher Himmelserscheinungen (z. B. Sonnenfinsternis) und auch um staatliche Astrologie. Sie kannten schon um 2000 v. Chr. das Lunisolarjahr mit einer 19-jährigen Schaltregel wegen der Mondknoten (siehe auch Saros-Zyklus). Es gab ein wissenschaftliches Amt, dessen Ursprünge sich nicht mehr ausmachen lassen, sich aber bis deutlich vor Christi Geburt zurückverfolgen lassen. Dieses Amt bestand bis 1911 mit vier Haupt-Bediensteten: Der Chefastronom (Fenxiangshi), verantwortlich für die ununterbrochene Himmelsschau, der Chefastrologe (Baozhangshi), dem die Aufzeichnungen unterstanden, der Chefmeteorologe (Shijinshi) für Wetterphänomene und Sonnenfinsternisse, und der Bewahrer der Zeit (Qiehushi), dem die Kalenderrechnung unterstand.

Diese altchinesischen Chroniken gelten noch heute als zuverlässig und relativ vollständig – auch weil die Beamten für ihre Ergebnisse mit dem Leben bürgten. So ist überliefert, dass der Astronom Hsi-Ho wegen der versäumten Vorhersage der Sonnenfinsternis vom 3. Oktober 2137 v.Chr. geköpft wurde. Ab der Zeitenwende wurden u. a. Sonnenflecken beobachtet, was auch mit bloßem Auge bei Sonnenauf- und Untergang möglich ist, sowie Novae und Supernovae, die Gaststerne genannt werden, oder bereits 613 v. Chr. der Komet Halley.

Dem Weltbild des kaiserlichen China entsprechend gibt es fünf Himmelsareale, die vier Himmelsrichtungen und das Zentrum, das den zirkumpolaren Bereich umfasst und den kaiserlichen Palast repräsentiert. Es werden Instrumente ähnlich der Armillarsphäre benutzt, doch ist unklar, ob sie auf Kontakte zur griechischen und islamischen Welt zurückgehen oder komplette Eigenentwicklungen sind. Außerdem sind chinesische Sternkarten zur Seenavigation überliefert. Missionare trugen ab 1600 die Erkenntnisse der modernen europäischen Astronomie nach China. So wurde etwa die kaiserliche Sternwarte in der Qing-Dynastie traditionell von Jesuiten wie Ignaz Kögler oder Anton Gogeisl geleitet.

Astronomie im Mittelalter

Aus dem Mittelalter sind zwei besondere Ereignisse überliefert, die seinerzeit viele Menschen zum Nachdenken über die Gestirne angeregt haben könnten: 1054 n. Chr. beobachtete man weltweit einen neuen Stern im Sternbild Stier („Supernova 1054“), der wochenlang auch tagsüber sichtbar blieb (im M1-Krebsnebel) und am 25. Juni 1178 beobachtete der Mönch und Chronist Gervasius von Canterbury eine Leuchterscheinung an der Mondsichel (Meteoraufprall, Entstehung des Kraters Giordano Bruno, oder einfach nur endzeitliche Deutung?).

Westeuropa

Darstellung des Kepheus aus dem 9. Jahrhundert, aus den Leidener Aratea

Das Mittelalter behielt den Lehrkanon der sieben freien Künste bei, in dem die Astronomie Teil des Quadriviums ist. In der Praxis wurde an den Klosterschulen des Frühmittelalters jedoch meist nur das lateinsprachliche Trivium gelehrt, und auch dieses oft nur in Teilen.

Im Zuge der Reformpolitik (787 n. Chr.) unter Karl dem Großen wurde die Astronomie zum Schulfach: Der Kaiser erließ die Verpflichtung zur Errichtung von Schulen in allen Domklöstern, die das “Trivium” lehren (das Triviale: Grammatik, Rhetorik, Dialektik) sowie das “Quadrivium” (Astronomie, Geometrie, Arithmetik und Musik), auch um das Wissen im Klerus zur Berechnung des Osterdatums zu stärken. Den Reformen war jedoch kein nachhaltiger Erfolg beschieden, und so blieb Astronomie zwar ein Ideal, wurde aber nicht praktischer Teil der Bildung.

In die karolingische Zeit fielen auch erhaltene Abschriften der astronomischen Lehrgedichte des Aratos, etwa die prachtvoll illustrierten Leidener Aratea, die vermutlich vom Hofe Ludwigs des Frommen in Auftrag gegeben wurden, und wahrscheinlich in Lotharingien von dem nicht sicher identifizierten, aber durch weitere Werke bezeugten Astronomus ausgeführt wurden. Zusammen mit Aratos bildeten die Sternbildbeschreibungen des Hyginus im Poeticon Astronomicon die weit verbreiteten Standardwerke bis zum Ende des Spätmittelalters. Die Kenntnis der klassischen Sternbildmythen stammte im Wesentlichen aus diesen beiden Werken. Die Illustrationen zeigen zwar künstlerisch hochwertige Qualität, die Positionen, an denen die Illustratoren die Sterne setzten, hat mit dem tatsächlichen Firmament jedoch wenig bis nichts gemein; sie sind vielmehr so gewählt, dass sie gut zu den Figuren passen.

Die vergleichsweise wenigen anderen erhaltenen antiken Werke zur Astronomie wurden in den Klöstern zunächst nur kopiert, mit der beginnenden Scholastik im 11. Jahrhundert auch zunehmend kommentiert. Sie durch eigene Beobachtungen zu bestätigen, zu ergänzen oder zu widerlegen entsprach jedoch nicht dem frühmittelalterlichen Verständnis von Wissenschaft.

Im Spätmittelalter setzte ein stärkeres Interesse an der Astronomie ein. Mit dem frühen Buchdruck wurden gerade auch astronomische Werke verbreitet. Neben Kopien der beiden oben erwähnten antiken Werke gab zum Beispiel der deutsche Astronom Regiomontanus zahlreiche astronomische Bücher heraus, darunter ein Calendarium, das nach damaligen Maßstäben als Bestseller gelten kann. Regiomontanus löste sich bereits von der absoluten Gültigkeit der Tradition und der alten Schriften. Eigene Beobachtung und Vergleich mit den Ergebnissen der antiken Wissenschaft sollten nach seiner Ansicht die Astronomie erneuern und helfen, „die Wahrheit“ zu finden. Mit dieser Haltung wurde er neben Nikolaus von Kues der wesentliche Wegbereiter des kopernikanischen Weltbildes. Roger Bacon (1214–1292 oder 1294) baute nach dem Vorbild von Aristoteles für Sonnenbeobachtungen die ersten Apparate in Form einer Camera obscura und beschrieb 1267 den Aufbau einer Linse korrekt.

Islamische Astronomie

Arabisches Astrolabium um 1208

Nachdem im Römischen Reich die Astronomie zwar noch gelehrt, aber nicht mehr erweitert wurde, ergab sich ein Fortschritt erst wieder mit der islamischen Expansion. Die führenden Wissenschaftler waren häufig auch Hofastronomen oder Hofmathematiker. Die arabischen Leistungen betrafen vor allem die Astrometrie: genaue Beobachtungen des Himmels wurden durchgeführt – vor allem auch zu astrologischen Zwecken, obwohl der Islam den versuchten Blick in die Zukunft ungern sah und Astrologie eigentlich nicht erlaubte – und Sternkataloge erstellte, die wesentlich zu den heute üblichen Sternnamen beitrugen. Auch Instrumente wie das Astrolabium wurden weiterentwickelt.

Theorie der Mondfinsternisse, al-Biruni

Ohne Teleskope waren die islamischen Astronomen jedoch nicht zu bedeutenden Erweiterungen der antiken Erkenntnisse in der Lage. Das geozentrische Weltbild wurde allgemein anerkannt, nur seine Details, wie Epizykeln oder Sphären, wurden zunächst diskutiert, korrigiert und erweitert. Aufgrund der seit der Niederlegung dieser Theorien verflossenen Zeit, in der sich die Fehler akkumuliert hatten, waren die Diskrepanzen der antiken Theorien mit den Beobachtungen für die islamischen Gelehrten offensichtlich. Im 16. Jahrhundert, als sich auch in Europa die kopernikanische Wende vollzog, lehnten islamische Gelehrte die antiken Weltbilder zunehmend ab. Inwieweit diese beiden Wege unabhängig waren, oder ob Kopernikus über Umwege Kenntnis der islamischen Entwicklungen hatte, ist nicht bekannt.

Viele Fortschritte der islamischen Astronomen blieben letztlich ohne Folgen, so wie zum Beispiel das von Ulug Beg zu Beginn des 15. Jahrhunderts erbaute Observatorium von Samarkand. Als das beste seiner Zeit wurde es nach nur einer Generation von Ulug Begs Nachfolgern geschleift und dem Verfall überlassen. Andere islamische Observatorien erlitten ein ähnliches Schicksal, nur das von Nasir Al-din al-Tusi 1264 erbaute Observatorium von Maragha überlebte seinen Erbauer um immerhin fast vierzig Jahre, bevor es zwischen 1304 und 1316 geschlossen wurde. Obwohl die islamischen Astronomen die Fehler der antiken Theorien erkannten und sie verbesserten, bestand ihre aus heutiger Sicht wichtigste Leistung dennoch im Bewahren, Übersetzen und teilweise Erweitern der antiken Naturwissenschaft, wozu die europäische Kultur während des Frühmittelalters kaum in der Lage war. Mit dem Ende der Blütezeit des Islams im 15. Jahrhundert vermochte die islamische Astronomie der europäischen aber kaum noch Impulse zu geben, und ihre Leistungen wurden schließlich durch die europäische Renaissance überholt und gerieten in Vergessenheit.

Der Entwicklungsstand der islamischen Astronomie ist auch exemplarisch für die Astronomie anderer Kulturkreise, die ein ähnliches Niveau erreichten, sich aber (ebenfalls ohne Teleskope) nicht darüber hinaus entwickeln konnten. Besonders erwähnenswert sind die indische oder vedische Astronomie, die chinesische und die präkolumbische Astronomie der indianischen Hochkulturen. Alle diese Kulturen besaßen ein in vielen Jahrhunderten angesammeltes beobachterisches Wissen, mit dem sich die periodischen Phänomene des Planetensystems vorhersagen ließen.

Spätmittelalterliche Astronomen unter der Anleitung der Muse Astronomia

Kultureller Austausch mit dem Islam

Durch den kulturellen Austausch mit den islamischen Ländern, insbesondere nach der Errichtung der Kreuzfahrerstaaten im Nahen Osten im 12. Jahrhundert und im Verlauf der spanischen Reconquista, gelangten die Werke des Aristoteles und Ptolemäus über den Zwischenschritt der arabischen Übersetzung wieder in den Westen. Erst byzantinische Emigranten brachten schließlich die antiken Werke nach der Eroberung Konstantinopels durch die Osmanen im Original, beziehungsweise in griechischer Abschrift, nach Mitteleuropa. Auch im Hochmittelalter standen philosophisch-theologische Betrachtungen des Weltgebäudes eher im Brennpunkt als konkret beobachtete Himmelsereignisse. Die unterschiedlichen Modelle der Himmelssphären, wie sie etwa in den wiederentdeckten Werken des Aristoteles und des Ptolemäus beschrieben wurden, wurden ausführlich diskutiert und beispielsweise Fragen nach der Anzahl der Sphären erörtert, oder ob sich die Fixsternsphäre einmal am Tag drehe oder die Erde. An den Prinzipien dieser Kosmologie bestanden jedoch keine Zweifel.

Astronomie in der Renaissance

Kopernikus

Das Zeitalter der Renaissance markiert die Blüte der klassischen Astronomie als Wissenschaft vom geometrischen Aufbau des Universums, einer Wissenschaft, die sich aber erst in Ansätzen der Erforschung der physikalischen Hintergründe der Sternbewegung widmete. Astrologie und Astronomie waren bis in die Renaissance hinein nicht widersprüchlich, aber auch nicht, wie gelegentlich behauptet, identisch. Viele Astronomen erstellten noch bis in das 17. Jahrhundert auch Horoskope für ihre Auftraggeber, sahen darin aber nicht ihre Haupttätigkeit. Die klassische Astronomie befasst sich nur mit den Positionen der Sterne und Planeten und deren exakter Berechnung, erst die Astrologie mit der Deutung dieser Positionen für die irdischen Ereignisse. In diesem Sinne war astronomische Kenntnis lediglich die Voraussetzung für Astrologie.

Die europäische Astronomie lebte durch die Arbeiten von Nikolaus Kopernikus nach 1500 wieder auf. Nach Beobachtungen des Mondes gegen den Hintergrund der Fixsterne zweifelte er am geozentrischen Weltbild und arbeitete ein Modell aus, in dem die Sonne im Mittelpunkt des Kosmos steht. 1543 stellte er es in seinem Buch „De Revolutionibus Orbium Coelestium“ vor.

Keplers Modell des Sonnensystems. Aus: Mysterium Cosmographicum (1596)

Tychos Mauerquadrant um 1600

1427 gelang Regiomontanus die Erstmessung des Winkeldurchmessers eines Kometen (etwa in der Zeit, in der um 1479, als die Errichtung des „Sonnensteins“ im Atztekenreich vorgenommen wurde (Sonnenkalender und -kult). 1519–1522 gelang Fernão de Magalhães (Magellan) die Erstumsegelung der Erde – die Entdeckung der Magellanstraße, der Philippinen und die Wiederentdeckung der Magellanschen Wolke am Südhimmel (sowie der Datumsgrenze). Eine neue Epoche der Astronomie leitete Nikolaus Kopernikus ein. Er legte im Mai 1543 in seinem Buch „De revolutionibus orbium coelestium“ mathematisch dar, dass über die Planetenbewegungen (die Vermutung der antiken griechischen Astronomen s.o.), die Himmelsphänomene auch mit einem heliozentrischen Weltbild korrekt beschrieben werden können. 1568 verbesserte Daniele Barbaro die „Camera obscura“ durch Benutzung einer Linse und leistete damit wesentliche Vorarbeit für die Astronomen späterer Generationen. Noch vor 1580 vermaß Tycho Brahe erstmals Kometenbahnen und zog daraus Schlussfolgerungen auf deren Entfernung (1577) – die großen „astronomischen“ Distanzen wurden greifbar. Tycho beobachtete zudem 5 Jahre zuvor (1572) eine Supernova sowie die Marsbahn, und nachdem 1603 Bayer den ersten neuzeitlichen Sternkatalog (Uranometria) veröffentlicht hatte, beschrieb 1609 Johannes Kepler in seinem Buch „Astronomia Nova“ das nach ihm benannte 1. und 2. Keplersche Gesetz der Planetenbewegungen um die Sonne genauer (seine zuvor erschienenen Werke können als Wegbereiter seiner „Astronomia Nova“ gelten). Somit lag eine korrekte Beschreibung der Planetenbewegungen aus heliozentrischer Sicht vor. Die nötige Vorarbeit hatte Tycho Brahe mit dem von ihm entwickelten Mauerquadranten geleistet. Dieses Instrument löste die seit der Antike gebräuchliche Armillarsphäre als Universalinstrument ab. Die Genauigkeit von Brahes Positionsmessungen der Planeten ermöglichten Johannes Kepler erst die Entdeckung der Gesetze der Planetenbewegung.

Die Erfindung des Fernrohrs zu Beginn des 17. Jahrhunderts besiegelte die Zeitenwende der Astronomie. Galileo Galilei entdeckte mit dessen Hilfe die vier inneren Monde des Jupiter und die Phasen der Venus. Diese Entdeckungen wurden zum Teil 1610 in „Sidereus Nuncius“ veröffentlicht. Dadurch wurde das Ptolemäische Weltbild nachhaltig geschwächt und deutlich, dass das Copernicanische Weltbild ebenso wie das geozentrische Modell von Brahe mit den Beobachtungen verträglich sind. Ein entscheidender Beweis war zu dieser Zeit weder theoretisch, noch praktisch möglich. Der darauf folgende Streit mit der Kirche endete zwar mit dem juristischen Sieg der Inquisition gegen Galilei, begründete aber ein problematisches Verhältnis zwischen Kirche und Naturwissenschaften.

Astronomie im Zeitalter der Vernunft

Die europäischen Fürsten förderten die Astronomie zunehmend an ihren Höfen als Zeichen ihrer Kultur und Bildung, wodurch sich ein personeller wie finanzieller Aufschwung der Forschung ergab. Daneben wurden Nationalobservatorien gegründet, wie zum Beispiel das Royal Greenwich Observatory oder die Pariser Sternwarte. Deren Aufgabe war es vor allem, Tabellen für die Seefahrt zu liefern und das Längenproblem zu lösen, daneben betrieben sie aber auch astronomische Forschung. Während die Forschung der Hofastronomen an das persönliche Interesse der Fürsten gebunden war, konnten sich an den Nationalobservatorien längerfristige Forschungstraditionen entwickeln, so dass solche unabhängigen Sternwarten spätestens mit dem Beginn des 19. Jahrhunderts eine Führungsrolle in der Forschung einnahmen.

Das 17. Jahrhundert

Wilhelm Herschels 40-Fuß-Teleskop von 1789

Zu Beginn des 17. Jahrhunderts zog die Möglichkeit in der Astronomie ein, Himmelskörper mit Hilfe neu entdeckter, optischer Instrumente zu beobachten. Das erste funktionsfähige Fernrohr wurde in den ersten Jahren des 17. Jahrhunderts in den Niederlanden gebaut. Wer der tatsächliche Erfinder war, ist umstritten.

1609 veröffentlichte Johannes Kepler sein Werk Astronomia Nova mit den ersten beiden Keplerschen Gesetzen. Der Astronom Simon Marius entdeckte 1612 unsere Nachbargalaxie, den Andromedanebel durch das Teleskop wieder (sie war erstmals vom persischen Astronomen Al-Sufi im 10. Jahrhundert entdeckt worden). Schon 1610 veröffentlichte Galileo Galilei sein Buch „Sidereus Nuncius“, in dem er von seinen Neuentdeckungen per Fernrohr berichtete. 1632 erschien sein „Dialog über Weltsysteme“, jedoch musste er am 22. Juni 1633 vom heliozentrischen Weltbild abschwören und starb 8. Januar 1642. Johann Baptist Cysat entdeckte 1619 neue, physikalisch zusammengehörige Doppelsternsysteme. Das führte zu Spekulationen über Planetensysteme um andere Sterne, eine Möglichkeit, die zuvor nur philosophisch, ausgehend von Giordano Bruno, diskutiert worden war.

Vier Jahre, nachdem 1651 Giovanni Riccioli die erste Mondkarte veröffentlichte, gelang 1655/56 Christian Huygens und Giovanni Domenico Cassini die Entdeckung der Saturnringe, des Mondes Titan und des Orionnebels (Huygens, veröffentlicht 1659 in „Systema Saturnium“) und Cassini fand vier weitere Saturnmonde.

So erkannte Christiaan Huygens als erster die wahre Natur der Ringe des Saturn. 1668 kam Isaac Newton auf die Idee, das Licht mit Spiegeln statt mit Linsen aus Glas zu bündeln – die Erfindung des Spiegelteleskops. Auch gelang ihm 1669 die Entdeckung der Massenanziehung (Gravitation) und die erste Theorie zur Erklärung des Phänomens „Licht“ als Teilchenstrahlung, so dass das Verständnis des Kosmos langsam auf eine neue Basis gestellt wurde. Er legte mit dem 1687 erschienenen epochalen Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica die ersten Grundlagen der Astrophysik, indem er die Keplerschen Gesetze auf seine Theorie der Gravitation zurückführte.

Hale-Bopp – ein Komet; aufgenommen von Geoff Chester am 11. März 1997

Edmond Halley berechnete 1705 als erster die Wiederkehr eines Kometen richtig. Er postulierte, dass der Komet von 1682 mit früheren Erscheinungen in den Jahren 1607 und 1531 identisch sein müsse und leitete daraus seine Wiederkehr für 1758/79 richtig ab. 1718 erkannte er auch die Eigenbewegung naher Fixsterne.

In dieser Zeit (1683–1686) fanden Nicolas Fatio de Duillier das Zodiakallicht und Giovanni Domenico Cassini 1671 die Saturnmonde Japetus, 1672 Rhea, 1684 Tethys und Dione

Berechnung der Lichtgeschwindigkeit

1676 bewies Olaf Römer über Verzögerung der Jupitermondverfinsterungen in Abhängigkeit von deren Erdabstand, dass die Lichtgeschwindigkeit endlich ist. Nach seiner entscheidenden Vorarbeit wurde sie erstmals 1678 von Christiaan Huygens mit etwa 213.000 km/s berechnet (der heutige Wert lautet c = 299792,45 km/s), indem er die Laufzeitangabe (22 min = 1320 s) von Römer und den Erdbahndurchmesser (280 Millionen km in heutigen Einheiten) von Cassini verwendete (erschienen in Abhandlung vom Licht, 1790).

Das 18. Jahrhundert

1755 entwarf Immanuel Kant erste Theorien über eine rein aus mechanischen Vorgängen resultierende Entstehung unseres Sonnensystems und 1769 nahm James Cook (am 3. Juni auf Tahiti) die erste direkte Entfernungsbestimmung Erde-Venus-Sonne (Venustransit) vor.

Die Entdeckung von Uranus und Neptun

Galilei zeichnete Neptun 1612 auf.

Der Planet Uranus war, obwohl er mit freiem Auge unter günstigen Verhältnissen sichtbar ist, von den antiken Astronomen nicht als Planet erkannt worden. Nach Erfindung des Fernrohres war er erstmals von John Flamsteed am 23 Dezember 1690, gesichtet und als Fixstern „34 Tauri“ katalogisiert worden. Erst am 13. Januar 1781 erkannte Wilhelm Herschel, dass „34 Tauri“ ein Planet war. 1787 entdeckte er die Uranusmonde Titania und Oberon und 1783 auch die Eigenbewegung der Sonne in Richtung auf die Sternbilder Hercules und Leier. Damit war unsere Sonne endgültig einer von vielen Sternen, die sich in unserer Milchstraße bewegen. Damit war nicht nur der Wissenstand um die Objekte des Himmels erweitert, sondern das Planetensystem selbst. Für die Astronomen jener Zeit war die Entdeckung so bedeutend, dass die Position, an der Uranus entdeckt wurde, noch Jahrzehnte darauf mit in die Sternkarten aufgenommen wurde. Angeregt durch den Erfolg Herschels fahndeten die Astronomen nach weiteren Planeten und wurden mit den Objekten des Asteroidengürtels fündig. Da Uranus bereits ein Jahrhundert zuvor als Stern katalogisiert worden war, ohne ihn als Planeten zu erkennen, standen bald ausreichend Daten zur Verfügung, um Störungen in der Uranusbahn zu erkennen. Aufgrund dieser Störungen wurde ein weiterer Planet mathematisch vorausgesagt, der in Neptun 1846 schließlich von Johann Gottfried Galle gefunden werden sollte. Schon Galilei hatte den Neptun am 27. Dezember 1612 gesehen, ihn aber nicht als Planeten erkannt.

Das 19. Jahrhundert

In dieser Epoche entwickelte sich das Wissen um die physikalischen Grundlage der astronomisch beobachteten Himmelserscheinungen, das Licht. 1800 entdeckte Wilhelm Herschel die Infrarotstrahlung, 1802 William Hyde Wollaston die Absorptionslinien im Spektrum des Sonnenlichtes. Unabhängig von William Hyde Wollaston beschrieb Joseph von Fraunhofer 1813 die nach ihm benannten Fraunhoferschen Linien im Sonnenspektrum und erfand ein Jahr später das Spektroskop. Durch die Forschungen von Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen wurde es etwa 50 Jahre später möglich, die Absorptionslinien im Sonnenspektrum zu erklären und somit eine der wesentlichsten Grundlagen für die moderne Astronomie zu legen; die Astrophysik entstand. Die Himmelsobjekte wurden mit Hilfe der Spektralanalyse in Klassen eingeteilt, die später auf physikalische Gemeinsamkeiten zurückgeführt werden konnten.

Ein weiterer großer Schritt war die Ablösung des Auges als Beobachtungsinstrument durch die Fotografie. Die erste lichtbeständige Photografie wurde 1826 von Joseph Nicéphore Nièpce angefertigt. 1840 nahm John William Draper das erste Foto des Mondes mittles Daguerreotypie auf. Dadurch wurden die Beobachtungen in den Folgejahren nicht nur objektiver, sondern stundenlange Belichtungen eröffneten die Möglichkeit, lichtschwächere Objekte wesentlich detailreicher zu erforschen. Einer der ersten Astronomen, der sie einsetzte, war auch der Jesuit Angelo Secchi, Direktor des Vatikanischen Observatoriums; er gilt auch als der Wegbereiter der Spektralanalyse.

Friedrich Wilhelm Bessel fand 1862 mit Hilfe alter Berechnungen von 1844 einen Begleitstern des Hundssternes auf (Sirius B), der sich später als ein Zwergstern von unbegreiflich hoher Dichte entpuppte. Es war die Zeit als Philipp Reis durch die Erfindung des Telephons das Zeitalter der „Telekommunikation“ einläutete.

Datei:Karte Mars Lohse MKL1888.png

Marsoberfläche nach Oswald Lohse (1888). Auf der Karte ist das Kanalsystem Schiaparellis nicht eingezeichnet

1877 wurden neue Entdeckungen vom Mars gemeldet: Asaph Hall fand dort zwei winzige Monde, Schiaparelli die scheinbaren „Marskanäle“ – in der Folge erhielten Spekulationen über „Marsmenschen“ neuen Auftrieb: War das All doch bewohnbar?

Doch auch Planeten schienen plötzlich näher zu kommen: 1898 meldete Witt die Entdeckung des Kleinplaneten Nr. 433 „Eros“, er nähert sich der Erde 1900 bis auf nur 22 Mio. km = 0,15 AE (Durchmesser nur 18 km)!

Das 20. Jahrhundert

1900–1930

Um 1900 gab es dann wieder in Physik und Technik für die spätere Astronomie bedeutsame Anstöße: die Quantentheorie und der Beginn der Luftschifffahrt auch ohne “Montgolfièren” (Heißluftballone). Max Planck gelang die Erstberechnung des Wirkungsquantums, mit dem sich der Energiegehalt aus der Wellenlänge bzw. Frequenz von elektromagnetischer Strahlung berechnen lässt. Die Astronomen unterdessen schafften 1901 die erste Spektralklassifikation von Sternen und die erste Messung der Dopplerverschiebungen von Doppelsternen (Messung von Umlaufgeschwindigkeiten durch Annie Jump Cannon, und Edward Charles Pickering). 1904 fand Johannes Franz Hartmann erste Hinweise auf die Existenz interstellarer Materie (Spektrallinien von Kalzium, H- und K-Linie, und Natrium, D-Linie), Perrine den Jupitermond VI Himalia (und 1905 Jupitermond VII Elara) und Wolf 1906 den ersten Trojaner (Achilles, auf L₄).

Die Spektralanalyse hingegen ermöglichte es in dieser Zeit, erstmals den „Lebenslauf“ von Fixsternen nachzuzeichnen (1907 Ejnar Hertzsprung’s Arbeit über die Spektralklassifikation und „Lebensdauer“ der Fixsterne). 1913 führte das Henry Norris Russell zu seiner Theorie über den „Lebenslauf“ der Sterne – als Hertzsprung-Russell-Diagramm, HRD bekannt – nach Entdeckung der Perioden-Helligkeits-Beziehung bei den Cepheiden der magellanschen Wolke (1912, durch H. Leavitt).

Am 30. Juni 1908 erfolgte der gigantische Einschlag des Tunguska-Meteoriten (40 km² verwüstet), und 1920 die Auffindung des schwersten Eisenmeteoriten aller Zeiten (SW-Afrika, 60 t, 3 m × 2,8 m × 1,2 m). Diesen nach astronomischen Maßstäben heimischen Ereignissen stand zu Beginn der zwanziger Jahre des 20. Jahrhunderts die aufkeimende Ahnung davon gegenüber, dass unsere Milchstraße nur eine von Milliarden von Galaxien ist: 1923/24 gelang u. a. Edwin Hubble der erste Nachweis von Einzelsternen im Andromedanebel M 31 (Cepheiden) und – und somit der Nachweis, dass Galaxien aus Sternen bestehen. Die Entfernung von M31 wurde zwar noch krass unterschätzt, doch Hubble begann daraufhin die morphologische Klassifikationen der Galaxien (nach der Spiral-Struktur). 1929 entdeckte er dabei über den Zusammenhang von Dopplereffekt, spektraler Rotverschiebung (relativistische Fluchtgeschwindigkeit) und der Entfernung der Galaxien und dass sich das gesamte Weltall ausdehnt – eine Entdeckung von großer Bedeutung für die Kosmologie und das Bild vom Anfang von Zeit und Raum (siehe „Hubble-Konstante“, Urknall-Theorie vom „big bang“; 1935 gelangen Edwin Hubble erste Rückschlüsse auf das Alter des Weltalls (Schätzungen auf 10–20 Milliarden Jahren über die Hubblekonstante H = ca. 60 km/s pro Mpc)

Auch im Hinblick auf das Allerkleinste, aus dem sich Strahlung und Materie im Kosmos aufbauen, wurden in diesenm Jahren bedeutsame Fortschritte im Verständnis des Kosmos gemacht. 1924 entdeckten Louis-Victor de Broglie – und mit ihm auch Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg u. a. – den Welle-Teilchen-Dualismus (Wellenlänge = Wirkungsquantum h / Impulsbetrag p, experimentell erst 1927 von Davisson und Germer an Elektronenstrahlen bestätigt); auf dieser Grundlage entwickelten sich alsbald Schrödingers Wellenmechanik, Heisenbergs Matrizenrechnung, seine Unschärferelation (Ort und Impuls nie gleichzeitig genau festlegbar) und das wellenmechanische Atommodell, das nun das Bohr’sche Atommodell vom Atom als „Planetensystem“ aus Atomkern und Elektronenbahnen ersetzte (1925 entwickelte Wolfgang Pauli diesbezüglich das „Pauli-Prinzip“ zur Deutung des Periodensystems über Elektronenzustände im Atom, 1932 gelangen Chadwick und Anderson die Entdeckung des Neutrons (Chadwick stellte es aus der Reaktion von Berylliumatomkernen mit Alphastrahlung aus Heliumatomkernen dar, Anderson gelang der Nachweis des Positrons (als Antielektron, e+).

Der 9. Planet

Neptun, der für Bahnabweichungen des Uranus verantwortlich gemacht worden war, war zwar 1846 gefunden worden. Doch in den Bahnen der beiden Planeten gab es immer noch unerklärliche Abweichungen. Also suchte man weiter nach einem hypothetischen neunten Planeten, „Transneptun“.

Bei dieser Suche fotografierte Percival Lowell (1855–1916) 1915 Pluto, erkannte ihn aber zu diesem Zeitpunkt nicht als Planet. Erst am 18. Februar 1930 entdeckte ihn Clyde Tombaugh im, von P. Lowell gegründeten Lowell-Observatorium in Flagstaff, Arizona durch Vergleiche einiger Himmelsaufnahmen am Blinkkomparator auf fotografischen Platten. Pluto wurde bis in die jüngste Vergangenheit als 9. Planet bezeichnet.

Mitte des 20. Jahrhunderts

1930 sagte Bernard Lyot über Polarisationsmessung die körnige Mikrostruktur der Mondoberfläche voraus. Im Jahr darauf, 1931, fand Karl Guthe Jansky die Radioquelle „Sagittarius A“. In den Folgejahren entwickelten dann 1933 auch Walter Baade und Fritz Zwicky ihre Theorien über den Übergang von Supernovae in Neutronensterne: die Materiedichte dort musste hierin der der Atomkerne entsprechen! Die Antwort auf die Frage, was in Sternen vorging, bevor diese zu solchen Neutronensternen kollabierten, gelang 1938 Hans Bethe und Carl Friedrich von Weizsäcker, die die Wasserstoff-Fusion zu Helium im C-N-Cyclus entdeckten (stellarer Fusionsprozess, Bethe-Weizsäcker-Zyklus; im gleichen Jahr, in dem Nicholson den 10. und 11. Jupitermond, Lysithea und Carme, fand). Somit konnte man davon ausgehen, dass Sterne durch Wasserstoff-Fusion aufleuchten und brennen, bis ihr Wasserstoffvorrat thermonuklear ausgebrannt ist. Danach kommt es zum „Helium-Flash“, in dessen Folge Helium zu schwereren Elementen fusioniert wird. 1965 fanden Kippenhahn, Thomas, Weigert u. a. Astronomen und Kernphysiker heraus, dass die Fusion von Wasserstoff und Helium im Riesenstern auch nebeneinander ablaufen kann (ab ca. drei Sonnenmassen). Das Endstadium dieser Prozesse ist dann ein Schwarzes Loch.

Ein erster Radarkontakt zu einem Himmelskörper gelang schon 1946, am 10. Januar (1. Radarecho vom Mond, Weglänge 2,4 Sekunden), und 1951 folgte die Entdeckung der kosmischen 21-cm-Radiostrahlung (vom interstellaren Wasserstoff) und später der 2,6-mm-Strahlung (vom Kohlenmonoxid) und 1965 die Entdeckung der 3K-Hintergrundstrahlung („Echo des Urknalls“, ebenfalls 1956 Erstempfang von Radiostrahlung elektrischer Entladungen aus der Venusatmosphäre) – die Radioastronomie wurde damals also fast gleichzeitig mit der Fernseh- und der Kernenergietechnik entwickelt (1951, am 7. Juli: Erstausstrahlung eines Farbfernsehprogramms, 1952, am 16. November in den USA: Erste Wasserstoff-/Fusionsbombe (H-Bombe), zugleich Entwicklung „Schneller Brüter“ (238U aus 235U und Pu, ab 4. Juni 1953. Am 1. März 1954 zündeten die USA dann im Eniwetok-Atoll eine H-Bombe mit der 600-fachen Kraft der Hiroshimabombe): Der Mensch hatte den Kernfusionsprozess vom Inneren der Sterne auf die Erde geholt. Kontrollierbar geschah das erstmals am 24. Januar 1958 in den USA: Die erste kontrollierte Kernfusion (bei 100 Mio. °C) weckte theoretisch die Hoffnung, neue, bislang stellare Energiequellen anzapfen zu können.

Die 1970er Jahre

Am 12. Mai 1971 ging in Effelsberg, Eifel, das erste deutsche Radioteleskop in Betrieb. Doch auch in der optischen Astronomie wurde weitergeforscht: 1973 nahm James van Allen eine systematische Himmelsdurchmusterung vor, pro Quadratgrad wurden bis hinab zur Helligkeit von nur +20^m) 31600 Sterne und 500 Galaxien registriert, also 1,3 Milliarden Sterne und 20 Millionen Galaxien (mit je ca. 200 Milliarden Sternen). Derweil entwarf 1974 Stephen Hawking seine Theorie der Emission virtueller Teilchen aus Schwarzen Löchern. Im gleichen Jahr, am 29. März, erreichte mit Mariner 10 mit Hilfe der Swing-by-Technik (Venuspassage 5. Februar 1974) erstmals eine Sonde den innersten Planeten Merkur (weitere Merkurpassagen 21. September 1974, 16. März 1975 usw. – alle 176 Tage). Am 10. März 1977 wurden die Ringe des Uranus erstmals beschrieben.

Viele weitere Aktivitäten in Astronomie und Raumfahrt verfolgten ab Mitte der 70er Jahre auch die Frage ob es weitere bewohnbare oder gar bewohnte Welten gebe und wenn ja: Wo? Ein erster aktiver Versuch zur Kontaktaufnahme mit außerirdischen Zivilisationen wurde am 16. November 1974 unternommen (Aussendung eines 1,679 kB-Radiosignals zum Kugelsternhaufen M13; Signalankunft dort: Etwa im Jahre 27.000 n. Chr.). Zwei Jahre später (1976) gelang Joachim Trümper die Entdeckung eines stellaren Supermagnetfeldes (über 58keV-Strahlung der gyrierenden Elektronen bei HZ Herculis: 5 · 10¹² Gauß – Erdmagnetfeld an der Oberfläche: ca. 0,5 Gauß!) und Charles Kowal fand 1977 den ersten Kentauren Chiron (ferner Planetoid, Durchnmesser 200–600 km, Bahnradius 8,5–18,9 AE) – in dem Jahr, in dem auch das äußere Sonnensystem in das Interesse der Raumfahrt rückte:

Jupiternahaufnahme von Voyager 1 (1979)

Raumfahrt-Sonden

Am 5. September 1977 startete die NASA Voyager 1, die erste Jupitersonde, der eine Jupiterpassage nach 675 Mio. km Reise am 5. März 1979 gelang, die Saturnpassage folgte im November 1980.

Voyager-Sonde

Am 20. August 1978 startete dann mit Voyager 2 die erfolgreichste Swing-by-Raumsonde aller Zeiten in das äußere Sonnensystem (Missionsdaten: Jupiterpassage 9. Juli 1979, Saturnpassage, Uranusvorbeiflug Januar 1986, Neptunpassage 1989), und noch als sie auf die Reise ging, meldete James W. Christy die Entdeckung des Plutomondes Charon. 1977/78 entdeckte man auch erstmals organische Moleküle in den Fernen des Weltalls in der interstellaren Materie: z. B. Essigsäure, Methylcyan, Aminomethan, Wasser, Ethanol usw., ein radioastronomischer Hinweis auf eine mögliche chemische Evolution, und die unbemannte Raumfahrt stieß an die Grenzen unseres Sonnensystems (1979/1980 mit Pioneer XI, Voyager II: Entdeckung zahlreicher Jupiter- und Saturnmonde, Erstfotografie und -durchflug des Saturnringes, 1984, Pioneer X: Erste Plutobahn-Passage einer Raumsonde 1983 – 11 Jahre nach dem Start (1972).

Die 1980er und 1990er Jahre

Die Sonde ISEE-3 flog (1985, 11. September) erstmals durch einen Kometenschweif (mit Gasanalyse: Sonde ISEE-3 bei Giacobini-Zinner). In der Stellar-Astronomie galt die Supernova von 1987 als die Sensation der 80er Jahre (24. Februar: Erstregistrierung und -fotografie eines Supernova-Ausbruchs in der Großen Magellanschen Wolke LMC, deren Neutrinos die Erde noch vor den ersten optisch wahrnehmbaren Signalen erreichten. Die Instrumente, die den Astronomen zur Verfügung standen, wurden immer besser, genauer, auch komplizierter – aber mit Beginn der 90er Jahre war es erstmals möglich, optische Beobachtungen von außerhalb der störenden Atmosphäre vorzunehmen: Am 24. April 1990, meldete die NASA den Start des Weltraum-Teleskopes Hubble mit dem Space-Shuttle Discovery. Das neue Beobachtungsgerät ermöglichte – frei von Störungen durch die Erdatmosphäre – in den Folgejahren Himmelsaufnahmen von neuer, großartiger Auflösung. Am 6. August 1993 kam es so zur Entdeckung von Stickstoffeis auf Pluto (statt des zuvor vermuteten Methaneises). Am 27. Dezember 1999 wurde eine Reparatur des Weltraumteleskopes Hubble erforderlich – es half so u. a. weiterhin bei der Entdeckung und Erstfotografie von Braunen Zwergen und gigantischen „Superplaneten“ außerhalb unseres Sonnensystems.

Auch Sonden erforschten das Sonnensystem weiter: Galileo erreichte am 28. August den Planetoiden Ida und war am 29. Oktober 1991 bei Gaspra, Ulysses flog am 13. September 1994 über den Sonnensüdpol und die Galileo-Landekapsel am 7. Dezember 1995 sogar in die Jupiteratmosphäre: Erstmals konnte die Gashülle eines Gasriesen spektroskopisch untersucht werden. Alan Hale und Thomas Bopp veröffentlichten die Entdeckung des Kometen am 22. Juli 1995 Hale-Bopp nahe der Jupiterbahn. Der Komet erreichte im März 1997 eine scheinbare Helligkeit von −1^m (Er wurde 130 mal heller als der Halleysche Komet). Hinweise auf außerirdisches Leben sollen 1996 in dem vom Mars stammenden Antarktis-Meteoriten ALH84001 (Alter 3,6 Mrd. Jahre) entdeckt worden sein (umstritten).

Planeten in anderen Sonnensystemen

Mit der Entdeckung eines ersten nichtstellaren Himmelskörpers außerhalb unseres Planetensystems machte die Astronomie eine sprunghafte Entwicklung in Sachen Exoplaneten-Suche durch: Am 12. Dezember 1984 meldeten Mc Carthy u. a. die Erstentdeckung eines nichtstellaren Himmelskörpers außerhalb des Sonnensystems, IR-astronomisch: Er entpuppte sich als ein „Brauner Zwerg“ bei Stern Van Briesbroeck 8 (Entfernung 21 Lichtjahre, ca. 30–80 Jupitermassen). Mitte der 1990er wurden erstmals Exoplaneten, d. h. Planeten außerhalb des Sonnensystems gefunden, zuerst um einen Pulsar, 1995 dann um einen Hauptreihenstern. Seither nahm die Zahl der bekannten Exoplaneten ständig zu.

Das 21. Jahrhundert

Im 21. Jahrhundert wurde an den Bausteinen der Materie des Kosmos ebenso wie an seinen Objekten in den Fernen des Weltraums weiter geforscht. So wurden z. B. viele weitere extrasolare Planeten (Exoplaneten, Planemos) entdeckt. Im Mai 2006 waren schon über 130 Planetensysteme bekannt. Auf den bis dahin entdeckten Planeten ist ein Leben ähnlich dem auf der Erde, also mit wässriger Biochemie, ausgeschlossen, allerdings liegt die Entdeckung erdähnlicher Planeten noch außerhalb der technischen Möglichkeiten. Mit Methoden wie der Interferometrie hoffen Astronomen jedoch, schon bald nach erdgroßen Planeten um benachbarte Sterne suchen und spätestens in der nächsten Generation deren Atmosphären spektroskopieren zu können.

Am 11. Juni 2007 meldete die NASA einen neuen „Rekord“. Sie konnte nachweisen, dass 55 Cancri (Fixstern im Sternbild Krebs, etwa 41 Lichtjahre entfernt) von 5 Planeten umkreist wird. Einer der neu gefundenen Planeten hat 45 Erdmassen und umkreist 55 Cancri in der bewohnbaren Zone, also in der Zone in der Wasser im flüssigen Aggregatzustand vorkommen kann.

Pionier X, die Raumsonde, die 1972 gestartet worden war, ist das am weitesten von der Erde entfernte, von Menschen gemachte Objekt. Die Entfernung wird auf etwa 12 Lichtstunden geschätzt, an der mutmaßlichen Grenze der Heliosphäre. Der letzte Kontakt fand am 22. Januar 2003 statt. Die Liste der vor über hundert Jahren begonnenen Suche nach transneptunischen Objekten in dieser äußeren Region (Kuipergürtel) unseres Sonnensystems ist mittlerweile lang geworden.

Das Weltraumteleskop Hubble, im Hintergrund die Erde

Dem Verstehen der physikalischen Welt durch die Astronomie gelten der Vorschlag Arthur Eddingtons von 1920, die Kernfusion als Energiequelle der Sterne in Betracht zu ziehen, und das Erkennen der Spiralnebel als extragalaktische Objekte durch Edwin Hubble 1923 sowie dessen Idee eines sich ausdehnenden Universums von 1929, die er nach einem Vergleich zwischen Entfernung und Fluchtgeschwindigkeit der Galaxien entwickelte, als Meilensteine. Das Modell des aus einem Urknall heraus expandierenden Universums ist heute allgemein anerkannt.

Albert Einstein lieferte mit seiner speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie die Grundlage für viele Theorien der modernen Astrophysik. So basiert beispielsweise die oben genannte Kernfusion auf der Äquivalenz von Masse und Energie, bestimmte extreme Objekte wie Neutronensterne und Schwarze Löcher bedürfen der allgemeinen Relativitätstheorie zur Beschreibung und auch die Kosmologie basiert in weiten Teilen auf dieser Theorie.

Ein 900 Lichtjahre breiter Ausschnitt der Zentralregion der Milchstraße, aufgenommen im Röntgenbereich

Mit dem Beginn der Raumfahrt in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts bekam die Astronomie Gelegenheit, einige ihrer im Sonnensystem gelegenen Forschungsgegenstände direkt aufzusuchen und wissenschaftliche Analysen vor Ort vorzunehmen. Doch mindestens ebenso wichtig war auch der Wegfall der Beschränkungen der Erdatmosphäre, mit dem sich durch satellitengestützten Observatorien der Ultraviolettastronomie, der Röntgenastronomie und der Infrarotastronomie neue Wellenlängenbereiche und damit neue Fenster ins Universum öffneten, von denen jedes zuvor ungeahnte Erkenntnisse erbrachte. Mit der Erforschung von Neutrinos der Sonne und der Supernova 1987A, der Beobachtung von Teilchenschauern der kosmischen Strahlung und dem Bau von Gravitationswellendetektoren begann die moderne Astronomie außerdem erstmals andere Strahlungsarten als die elektromagnetische Strahlung zu untersuchen. Gleichzeitig boten sich der visuellen Astronomie mit Teleskopen wie dem Hubble-Weltraumteleskop oder dem Very Large Telescope neue Beobachtungsmöglichkeiten.

Eventuell werden zwei Entdeckungen des Jahres 1998 für die Astonomie / Astrophysik der Zukunft maßgeblich sein: Die Herstellung eines ersten Bose-Einstein-Kondensates kann die Theorien vom Urzustand der Materie (bzw. des Welle-Teilchen-Dualismus derselben) wesentlich beeinflussen (Atome in Rubidiumgas, auf ein Hundertmilliardstel Kelvin abgekühlt, zeigen Welleneigenschaften, ihre quantenphysikalische Wellenlänge übersteigt dabei die Atomkerndurchmesser); „Quantentöpfen“ und damit die mögliche Herstellung von Transistorbauelementen, in die jeweils nur einzelne Elektronen passen (Durchmesser: 500 nm) wurden synthetisiert. Denkbar geworden sind damit quantenphysikalische Erscheinungen bei Chip-Verkleinerungen in atomare Bereiche als Grundlage neuer und leistungsfähiger Rechnersysteme.

Literatur

Grundlegende Werke

• Ptolemäus: Almagest. Ca. 150.
• Nikolaus Kopernikus: De Revolutionibus Orbium Coelestium. 1543.
• Johann Bayer: Uranometria. 1603.
• Johannes Kepler: Astronomia Nova. 1609; Harmonice Mundi. 1619.
• Galileo Galilei: Dialogo sopra i due massimi sistemi. 1632.
• Isaac Newton: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. 1687. (Originale als PDF)
• Wilhelm Herschel: On the Construction of the Heavens. 1785.
• Pierre-Simon Laplace: Traité de Mécanique Céleste. 1799.
• Angelo Secchi: Mappe fotografiche delle principali fasi lunari. 1858.
• Arthur Stanley Eddington: The internal Constitution of Stars. 1926.
• Edwin Hubble: The realm of the nebulae. 1936.

Weiterführende Literatur

• Heinz Haber: Der Stoff der Schöpfung. Rowohlt, Reinbek bei Hamburg 1968, ISBN 3-499-16625-9.
• Joachim Herrmann: dtv-Atlas Astronomie. Deutscher Taschenbuch Verlag, München 1998 (13. Aufl.), ISBN 3-423-03006-2.
• Sven P. Thomas: Ursprung des Lebens. S. Fischer, Frankfurt am Main 2005, ISBN 3-596-16128-2.
• Michael Wächter: Außerirdische Biochemie – sind wir allein? in: Michael Wächter: Stoffe, Teilchen, Reaktionen. Verlag Handwerk und Technik, Hamburg 2000, S. 135. ISBN 3-582-01235-2.
• John North: Viewegs Geschichte der Astronomie und Kosmologie. Springer, Berlin 1997, ISBN 3-540-41585-8
• Günter D. Roth: Astronomiegeschichte (Astronomen, Instrumente, Entdeckungen). Kosmos-Franckh, Stuttgart 1987, ISBN 3-440-05800-X.
• Robert Powell: „Geschichte des Tierkreies“ Tübingen 2007, ISBN 978-3-937077-23-9
• Rudolf Simek: Erde und Kosmos im Mittelalter: Das Weltbild vor Kolumbus. C.H. Beck, München 1992, ISBN 3-406-35863-2.
• Harry Nussbaumer: „Das Weltbild der Astronomie“. 2007, ISBN 978-3-7281-3106-5, 2.erw. und akt. Auflage. vdf Hochschulverlag.
• Wolfgang R. Dick, Jürgen Hamel (Hrsg.): Beiträge zur Astronomiegeschichte. Bd 5. Acta Historica Astronomiae. Harri Deutsch, Frankfurt/M 2002. ISBN 3-8171-1686-1.
• Jürgen Hamel: Geschichte der Astronomie. Kosmos, Stuttgart ²2002, ISBN 3-440-09168-6
• Ernst Künzl: Himmelsgloben und Sternkarten. Astronomie und Astrologie in Vorzeit und Altertum. Theiss, Stuttgart 2005. ISBN 3-8062-1859-5.
• Peter Janle: Das Bild des Planetensystems im Wandel der Zeit. Teil 2. Vom 19. Jahrhundert bis heute. in: Sterne und Weltraum. Spectrum der Wissenschaft, Heidelberg 45.2006,4, S. 22–33. ISSN 0039-1263.
• Thomas Bührke: Sternstunden der Astronomie. Von Kopernikus bis Oppenheimer. C.H. Beck, München 2001, ISBN 3-406-47554-X.
• Jean Meeus: Astronomische Algorithmen, Barth, 2.Aufl., Leipzig 2000, ISBN 3-335-00400-0
• Anton Pannekoek: A history of Astronomy, Dover Publ., New York 1989 (Nachdruck von 1961), ISBN 0-486-65994-1

Wikipedia

• Astronomie Kategorien-Index
• Alphabetischer Astronomie-Index

Weblinks

• NASA/Goddard SFC: Sonnenfinsternisse 600–501 v. Chr.
• Der Maya-Kalender
• Arbeitskreis Astronomiegeschichte der Astronomischen Gesellschaft
• Gesamtüberblick
• Ausgewählte Themen detailliert behandelt
• Christian Pinter: Harmonie der Sphären. Artikel in der Wiener Zeitung vom 9. April 2005 (zuletzt abgerufen am 15. August 2006).
• Geschichte der Astronomie in Nürnberg mit chronologischer und thematischer Übersicht sowie einem Nameslexikon
• The Antikythera Calculator (Italian and English versions)
• Texte und Bilder zu den Leidener Aratea des 9. Jahrhunderts
• Über die historische Entwicklung und endgültige Abtrennung von Himmelskunde und Sterndeutung

Commons: Geschichte der Astronomie – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien