Heliozentrisches Weltbild

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Schematischer Vergleich: Geozentrisches (oben) und heliozentrisches Weltbild (unten)

Das kopernikanische oder heliozentrische Weltbild (altgriechisch ἥλιος helios ‚Sonne‘ und κέντρον kentron Zentrum) ist ein astronomisches Modell, das sich im Zuge der kopernikanischen Wende gegen den Widerstand der christlichen Kirche im 16./17. Jahrhundert allmählich durchsetzte. Darin galt die Sonne als fester Mittelpunkt des Universums, um den die Planeten und die Erde kreisten, während die Fixsterne an einer äußeren Kugelschale angeheftet waren. Es löste das vorherige ptolemäische oder geozentrische Weltbild ab, in dem die Erde im Zentrum steht und das seit der Antike bis ins Mittelalter galt.

Das heliozentrische Weltbild geriet bald mit den zunehmend genauer werdenden Beobachtungen in Widerspruch und wurde im 18. Jahrhundert durch die Himmelsmechanik nach Newton abgelöst. Darin sind alle Himmelskörper beweglich und unterliegen ihrer wechselseitigen Gravitation.

Frühere Entwicklungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Heliozentrisches Weltbild (1708)

Antikes Griechenland[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Pythagoreer war das Feuer ein zentraleres Element als die Erde und sie nahmen an, dass die Sonne mitsamt den anderen Himmelskörpern das Zentralfeuer umkreisen. Aristoteles befürwortete im 4. Jahrhundert v. Chr. ein geozentrische Weltbild.: „Im Zentrum, sagen sie (die Pythagoräer), ist Feuer und die Erde ist einer der Sterne und erzeugt Nacht und Tag, indem sie sich kreisförmig um das Zentrum bewegt.[1]

Aristarch (3. Jahrhundert v. Chr.): Berechnungen der Größen von Erde, Sonne und Mond (Abschrift aus dem 10. Jahrhundert)

Aristarch von Samos (3. Jahrhundert v. Chr.), von dem ein einziges Buch mit einem geozentrischen Weltbild erhalten ist, maß und schätzte die Größe des Mondes und den Abstand der Erde zum Mond und zur Sonne. Die Berechnungen für den Mond waren akzeptabel, bei der Sonne verschätzte er sich aber um viele Größenordnungen - zum Vergleich berechnete sein Zeitgenosse Eratosthenes den Erdumfang annähernd genau.

Aristarch soll, beeinflusst durch die Überlegungen von Philolaos, später angeblich auch ein Buch mit einem heliozentrischen Weltbild verfasst und das Problem der mit freiem Auge nicht beobachtbaren stellaren Parallaxe gekannt haben. Archimedes zieht Aristarchs Modell in seinem Werk die Sandrechnung als denkbar größtes Modell des Universums heran, obwohl er dessen Formulierung der unendlich oder sehr großen Ausdehnung des Universums für mathematisch nicht sinnvoll hält (siehe das ausführliche Zitat aus dem Sandrechner im Artikel Aristarchos von Samos). Aristarch erklärte das Ausbleiben der Parallaxe mit den sehr fernen Sternen: Die stellare Parallaxe wurde im 19. Jahrhundert durch Bessel nachgewiesen. Neugebauer vermutete, dass Aristarch spekulierte und auch Bartel Leendert van der Waerden legt eine Stelle von Plutarch (Quaestiones Platonica) so aus.

Seleukos von Seleukia soll auch ein heliozentrisches Weltbild vertreten haben. Er lebte, so van der Waerden, wahrscheinlich bereits in einer Zeit, als die Astronomie so weit war, dass quantitative Beweise für ein heliozentrisches Weltbild geliefert werden konnten. Genaueres ist über Seleukos nicht bekannt.

Indien[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der indische Astronom und Mathematiker Aryabhata (476–550) schlug ein heliozentrisches Modell vor, in welchem die Erde sich um ihre eigene Achse dreht und war der Erste, der entdeckte, dass Mond und Planeten das Licht der Sonne reflektieren. Er nahm an, dass die Planeten einer Umlaufbahn folgen, die um die Sonne herumführt.[2][3]

Islamische Welt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nasir ad-Din at-Tusi entwarf im 13. Jahrhundert das fortschrittlichste Weltbild-Modell seiner Zeit.

Die islamische Astronomie blieb im Mittelalters beim geozentrischen Weltbild und entwickelte das ptolemäische System weiter mit zusammengesetzten gleichförmigen Bewegungen auf Kreisbahnen. Der Äquant, ein Punkt, mit dessen Hilfe in der Epizykeltheorie Ptolemäus nichtgleichförmige Bewegungen erklärte, wurde als Problem erkannt:

Der persische Wissenschaftler Nasir ad-Din at-Tusi (1201–1274) löste dieses und andere Probleme im ptolemäischen System durch die Entwicklung der Tusi-Paare. Durch die Kombination zweier Kreisbewegungen, wobei ein Kreis auf der Innenseite des anderen abrollt, können damit auch komplizierte Planetenbewegungen, z. B. angenäherte Ellipsenbewegungen beschrieben werden.

Der Wissenschaftler Mu’ayyad ad-Din al-Urdi (ca. 1250) entwickelte das Urdi-Lemma. Al-Urdis Verbesserungen der Epizykel wurden später im Kopernikanischen Modell benutzt, zusammen mit dem Urdi-Lemma und dem Tusi-Paar.

Ibn asch-Schatir (1304–1375) löste in seiner Abhandlung Kitab Nihayat as-Sulfi Tashih al-Usul die Notwendigkeit eines Äquanten auf, indem er einen zusätzlichen Epizykel einführte, was vom ptolemäischen System (in derselben Weise wie später auch Kopernikus) abwich, er blieb aber beim geozentrischen System.

Übergang zum heliozentrischen System in Europa[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

500 Jahre Kopernikus (1973): Deutsche Würdigung des heliozentrischen Systems (mit zwei Planeten auf der Erdbahn)

Bereits bei Aristarch wurde die heliozentrische Idee als „antireligiös“ eingestuft, blieb aber danach 2000 Jahre lang ohne Bedeutung. In Europa war das heliozentrische Weltbild vor Nikolaus Kopernikus bekannt, so die antike Idee des Philolaos von Kroton, wonach alle Planeten mitsamt der Sonne um das Zentralfeuer kreisten.

Nach dem 11. Jahrhundert wurden arabische Texte zunehmend in der Übersetzerschule von Toledo ins Lateinische übertragen. Der Franziskaner Bonaventura von Bagnoregio referierte über ein heliozentrisches Weltbild in seinen Collationes in Hexaemeron 1273 und deutete es theologisch auf Christus als die Mitte der Schöpfung. Ihm folgten in der Diskussion Nikolaus von Oresme und Nicolaus Cusanus. Die meisten Gelehrten sahen in dem Weltbild mit einer um die Sonne kreisenden Sonne das Problem, dass Menschen und Gegenstände schräg fallen oder sogar in den Weltraum hinausfliegen sollten; ein vom Turm fallender Gegenstand sollte aufgrund der Erdrotation nicht genau senkrecht, sondern mit nach Westen gerichteter Ablenkung auf dem Boden auftreffen.

Kopernikus erwähnte die heliozentrische Idee erstmals 1507 in seinem handgeschriebenen kleinen Werk Commentariolus und interpretierte die scheinbare rückläufige Bewegung der Planeten und die Epizykel als Projektion in seinem 1543 erschienenen Werk De revolutionibus orbium coelestium, das im Jahr seines Todes publik wurde.

Während zu Kopernikus’ Lebzeiten nur Aristarchs Schrift Über die Größen und Entfernungen der Sonne und des Mondes bekannt war, die das Sonnensystem in geozentrischer Sichtweise beschrieb, erschienen ein Jahr nach seinem Tod 1544 die Opera Archimedis mit dessen Aussagen über Aristarch von Samos. Seine Gegner unterstellten Kopernikus, er habe Aristarch wiederbelebt.

Kopernikus' Hauptwerk erhielt in der Erstausgabe von 1543 eine Einleitung von Andreas Osiander, in welcher er Kopernikus’ Idee als eine rein mathematische Hypothese vorstellte, die nicht der Wirklichkeit entspräche, wobei man unter „Hypothese“ damals eine Rechenmethode verstand. Zu seiner Zeit wurde die Methodik der Naturwissenschaft noch nicht dahingehend aufgefasst, dass sich eine Theorie auf mehrfache unabhängige Beobachtungen und Experimente stützen solle sowie falsifizierbar sein müsse.

Auch zur Zeit Galileis waren die astronomischen Instrumente noch zu unausgereift, als dass er die Richtigkeit des heliozentrischen Systems experimentell oder durch Beobachtungen nachweisen konnte. Das gelang erst James Bradley durch die Entdeckung der jährlichen Aberration 1728 und Friedrich Wilhelm Bessel durch die Entdeckung der jährlichen Parallaxe der Sterne 1838. Schon Galilei hatte – wie viele seiner Zeitgenossen – die jährliche Parallaxe in einem Universum mit relativ kleinen Sternentfernungen als Konsequenz des heliozentrischen Systems vorhergesagt; durch die fehlende Verifizierung seiner Vorhersage wurde er in seinem eigenen Kontext angreifbar.

Die Dominikaner vertraten ein Lehrverbot, das sich nicht durchsetzte. Im 16. Jahrhundert äußerten sich auch Protestanten entschieden gegen die Heliozentrik. In einem Gesprächs sagte Martin Luther:[4]

„Es ist die Rede von einem neuen Astrologen, der beweisen möchte, dass die Erde sich anstelle des Himmels, der Sonne und des Mondes bewegt, als ob jemand in einem fahrenden Wagen oder Schiff denken könnte, dass er stehen bleibt, während die Erde und die Bäume sich bewegen. Aber das ist, wie die Sachen heutzutage sind: Wenn ein Mann gescheit sein möchte, muss er etwas Besonderes erfinden, und die Weise, wie er etwas tut, muss die beste sein! Dieser Dummkopf möchte die gesamte Kunst der Astronomie verdrehen. Jedoch hat das heilige Buch uns erklärt, dass Josua die Sonne und nicht die Erde bat, still zu stehen.“

Später verteidigte die katholische Kirche das geozentrische Weltbild streng und Papst Urban VIII., der die Veröffentlichung von Galileis Arbeit über die zwei Theorien der Welt genehmigt hatte, stellte sich dagegen. Angeblich soll er sich verspottet geglaubt haben in der Figur des dumm-konservativen Simplicius im Dialog hinsichtlich der zwei Hauptweltsysteme. Allmählich wurden Kirchenleitung und einige Professorenkollegen Galileis Hauptgegner seiner heliozentrischen Ansicht.

Als Kompromiss entwickelte Tycho Brahe ein System, in dem die Sonne die Erde umkreist, während – wie im kopernikanischen System – die Planeten die Sonne umkreisen. Die Astronomen der Jesuiten in Rom standen diesem System anfangs skeptisch gegenüber und Clavius kommentiert, dass Tycho Brahe „die ganze Astronomie verwirrte, weil er den Mars näher als die Sonne haben möchte.“ Als die Kirche nach 1616 härter gegen kopernikanische Ideen vorging, adoptierten die Jesuiten Brahes System und nach 1633 war der Gebrauch dieses Systems fast vorgeschrieben.

Galileo Galilei (Porträt von Justus Sustermans 1636)

Galilei verbrachte seine letzten LebensJahre unter Hausarrest wegen der Erweiterung seiner Theorie. Der Theologe und Pastor Thomas Schirrmacher (* 1960) argumentiert allerdings:

„Im Gegenteil zur Legende wurden Galileo und das Kopernikanische System von den Kirchenbeamten intensiv geprüft. Galileo wurde das Opfer seiner eigenen Arroganz, des Neides seiner Kollegen und der Politik des Papstes Urban VIII. Er wurde nicht der Kritik an der Bibel, sondern des Ungehorsams gegenüber dem Papst beschuldigt.“

Katholische Wissenschaftler meinen auch:

„Ich schätze, dass der Hinweis auf Ketzerei in Zusammenhang mit Galileo oder Copernicus keine allgemeine oder theologische Bedeutung hatte.“[5]

In den Anklagen der Inquisition wurde Galilei nicht der Verletzung einer päpstlichen Verordnung beschuldigt, sondern für seine Haltung: „…einer falschen Lehre, die durch viele unterrichtet wurde, nämlich, dass die Sonne in der Mitte der Welt unbeweglich ist und dass die Erde sich bewegt“. Während der mehrtägigen Befragung durch die Inquisition wurde Galilei am ersten Tag gefragt, welche Befehle er 1616 erhalten habe; erst am vierten Tag wurde er nach seiner kopernikanischen Überzeugung befragt. Der abschließende Urteilsspruch war: Er habe sich der „Ketzerei“ schuldig gemacht, doch gab es keine Erwähnung der Missachtung einer spezifischen Anweisung.

Kardinal Robert Bellarmin (1542–1621) selbst betrachtete das Modell Galileis als „ausgezeichnet sinnvoll“ wegen der mathematischen Einfachheit:[6]

„Wenn es einen realen Beweis gäbe, dass die Sonne in der Mitte des Universums ist, dass die Erde sich in der dritten Sphäre befindet und dass die Sonne feststeht, aber die Erde ringsum die Sonne geht, dann sollten wir mit großer Umsicht fortfahren, wenn wir Passagen von Büchern erklären, die das Gegenteil zu unterrichten scheinen, und wir sollten eher sagen, dass wir es nicht verstanden, anstatt es als falsch zu deklarieren. Aber ich denke nicht, dass es so einen Beweis gibt, da mir bisher keiner gezeigt wurde.“

Der Kardinal wollte den Unterricht nur für den Fall verbieten, dass die Idee nicht als Hypothese bezeichnet wird. 1616 erteilte er Galilei den päpstlichen Befehl, „die heliozentrische Idee nicht zu verteidigen.“ Die Dominikaner konnten sich jedoch mit ihrer Forderung durchsetzen, das heliozentrische System in jeder Hinsicht zu verbieten.

Die offizielle Opposition der Kirche zum Heliozentrismus erstreckte sich nicht auf die Astronomie insgesamt und es war erlaubt, die Kathedralen quasi als Sonnenwarten zu nutzen, als gigantische Lochkameras, in denen das Bild der Sonne durch ein Loch in der Kuppel auf eine Mittagslinie projiziert wurde.

Papst Benedikt XIV. hob am 17. April 1757 den Bann gegen die Werke auf, die das heliozentrische Weltbild vertraten. Ausgelöst wurde diese Entscheidung durch die allgemeine Anerkennung, die Isaac Newtons in der wissenschaftlichen Welt fand. Am 11. September 1822 entschied die Kongregation der römischen und allgemeinen Inquisition, dass der Druck und die Publikation von Werken, die die Bewegung von Planeten und Sonne in Übereinstimmung mit der Auffassung der modernen Astronomen darstellten, generell erlaubt sei und die Entscheidung wurde kurz darauf durch Papst Pius VII. ratifiziert.

Moderne Sicht[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vom Sonnensystem zum Standardmodell[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der ehemalige Mönch und Philosoph Giordano Bruno spekulierte zunächst, dass die Sonne nicht die Mitte des Universums sei, sondern nur einer von zahllosen Sternen. Galilei war der gleichen Ansicht, sagte aber nur wenig dazu. Im Laufe des 18. und 19. Jahrhunderts setzte sich diese Auffassung als Lehrmeinung durch, noch vor der Entdeckung von Galaxien außerhalb der Milchstraße im 20. Jahrhundert. Das heliozentrische Weltbild wurde ab etwa 1930 durch das Standardmodell der Kosmologie allmählich ersetzt, das durchs beobachtbare Universum, die Beobachtungen der Expansion des Universums, der Isotropie und dem Relativitätsprinzip gestützt wird.

Massenschwerpunkt des Sonnensystems[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auch bei alleiniger Betrachtung des Sonnensystems steht die Sonne nicht genau fest in seiner geometrischen Mitte sondern schwankt um dessen Baryzentrum, dem jeweils momentanen Schwerpunkt. Planeten und Sonne stören sich zudem gegenseitig auf ihren nur scheinbar elliptischen Bahnen. Die Bahnstörungen können durch störungstheoretische Ansätze oder numerische Verfahren präzise berechnet werden, so nach der Methode VSOP und für die Zeitrechnung am Baryzentrum gilt die Baryzentrische Dynamische Zeit TDB, bzw. seit 1991 Baryzentrische Koordinatenzeit TCB, die relativistische Effekte berücksichtigt.

Relativitätsprinzip[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Relativitätsprinzip, das heute im Rahmen der Relativitätstheorie etabliert ist, geht davon aus, dass es prinzipiell keinen vor einem anderen ausgezeichneten Ort gibt und das deckt sich gut mit der Beobachtung, dass das beobachtbare Universum großräumig isotrop erscheint.

Das heliozentrische Weltbild ist überholt und dient heute rechnerischen Zwecken, wie ursprünglich von Kopernikus vorgesehen und von Kepler ausgeführt, um die Epizykeltheorie zu ersetzen. Die Formelsätze für die Bewegungsgleichungen der Körper im Sonnensystems sind in ihrer alten Fassung leichter zu nutzen als aus einem in Bezug zur Sonne rotierendem Bezugssystem, wie ihn etwa der Erdmittelpunkt mit einem erdfesten Koordinatensystem darstellt (geozentrischer Standpunkt) oder gar ein Punkt auf der Erdoberfläche (topozentrischer Standpunkt). Im Zusammenhang mit der Koordinatenwahl werden noch Adjektive wie „geozentrisch“ oder „heliozentrisch“ verwendet, jedoch ohne physikalische Bedeutung.

Fred Hoyle schrieb:

„Die Beziehung der zwei Systeme (Geozentrismus und Heliozentrismus) ist reduziert auf die bloße Umwandlung der Koordinaten, und es ist die Hauptlehre von Einsteins Theorie, dass alle Möglichkeiten, die Welt zu betrachten, vom physikalischen Gesichtspunkt aus völlig äquivalent sind, sofern sie miteinander über eine Koordinatenumwandlung verbunden sind.“[7]

Weiterführende Informationen hierzu gibt der Abschnitt Relativitätsprinzip im Artikel Allgemeine Relativitätstheorie.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Bartel Leendert van der Waerden: The heliocentric system in Greek, Hindu and Persian Astronomy, Annals New York Academy of Sciences, Band 500, 1987, S. 525–545

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Heliozentrisches Weltbild – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Aristoteles: De Caelo, Buch 2, Kapitel 13
  2. Timeline Index: Aryabhata, Inventor of the Digit Zero
  3. McTutor Biographie von Aryabhata
  4. Nicolaus Copernicus, Andreas Kühne (Bearbeiter): Nicolaus Copernicus Gesamtausgabe, Band 2, S. 372. ISBN 978-3-05-003009-8
  5. Heilbronn, 1999
  6. Arthur Koestler: The Sleepwalkers. A History of Man’s Changing Vision of the Universe. 1959; deutsch: Die Nachtwandler. S. 447–448
  7. Fred Hoyle: Nicolaus Copernicus. Heinemann Educational Books, London 1973, ISBN 978-0-435-54425-6, S. 78 (übers. unbekannt)