Neue Serie: die Geschichte der Astronomie – Teil I Die Sehnsucht nach den Sternen
Alexandria (Oberägypten), pulsierende geistige und kulturelle Hauptstadt der Antike, 2. Februar 141 n. Chr.: Der in Ägypten geborene römische Staatsbürger griechischer Abstammung Claudius Ptolemäus macht die letzte Beobachtung von seinem eigenen Observatorium aus. Seit seiner ersten Betrachtung von Sonne, Mond und Sternen am 26. März 127 hat er die von der staatlichen Verwaltungsstelle »Museion« in Alexandria finanzierten Forschungen systematisch und mit großem Können betrieben. Er kennt die Fehlerquellen seiner Zunft – »Refraktion«, »Extinktion« (Beugung und Schwächung des Lichts durch die Atmosphäre) und was sonst noch den Astronomen das Leben schwer macht. Doch jetzt ist er überzeugt davon, die Lösung gefunden zu haben. Von nun an widmet er sich in den nächsten 24 Jahren seinem Lebenswerk, der »Mathematischen Syntaxis«, einem komplizierten Rechensystem zur Vorausbestimmung der Planetenbahnen und anderer Himmelserscheinungen.
1400 Jahre wird sein System das einzig wahre und anerkannte bleiben; unter dem Namen »Almagest« (das Größte) wird es von den Arabern und später von den Gelehrten des Mittelalters in Europa verbreitet und verfeinert; es formt ein Weltbild, das unser Denken bestimmt und von der Kirche eifersüchtig verteidigt wird, wenn nötig, mit Gewalt.
Heute fragen wir uns: Wie konnte sich ein derart komplexes und darüber hinaus falsches System durchsetzen, obwohl die Griechen schon lange vor Ptolemäus der Wahrheit sehr viel näher waren? Die Geschichte der astronomischen Erkenntnisse, des Wissens von Aufbau und Funktionsweise des Kosmos, ist eben keine ge-radlinige Entwicklung hin zur einzig wahren Beschreibung der Wirklichkeit, und auch heute können wir nicht den Anspruch erheben, im vollen Besitz der Wahrheit zu sein.
Über die Anfänge der Astronomie können wir nur Vermutungen anstellen. Sicherlich standen schon in der Steinzeit die Menschen nachts unter dem Sternenzelt und bestaunten die Lichter über ihnen, doch was sie über diese Lichter dachten und wie sie die Sterne interpretierten – wir wissen es nicht. Zwar meint die französische Ethno-Archäologin Chantal Jègues-Wolkiewiez, die Höhlenmalereien in Lascaux (Frankreich), rund 17000 Jahre alt, zeigten das Sternbild »Stier« zur damaligen Zeit. Fachleute aber bezweifeln dies, denn Sternbilder entstehen durch eine willkürliche Zusammenfassung beliebiger Sterne. Und wer sagt uns, dass die Steinzeitmenschen dieselben Sterne zu Sternbildern zusammengefasst haben, die wir kennen? Selbst wenn dies geschehen ist, bedeutet es nicht, dass sie in diesem Sternbild dasselbe gesehen haben. Die Babylonier sahen in unserem »Großen Wagen« den »Großen Bären«, der für die Amerikaner wiederum aussieht wie »Der große Schöpflöffel«. Dass der Stier bei Ackerbau treibenden Völker wichtig war, leuchtet ein; aber bei eiszeitlichen Nomaden? Auch Ritzfiguren an Mammutknochen müssen nicht unbedingt Mondkalender darstellen. Man sollte sich hüten vor Überinterpretationen (vielleicht hat da jemand nur die Anzahl der von ihm erlegten Tiere notiert – oder seine weiblichen Eroberungen, wer weiß?).
Und ob die zahlreichen großen Steinkreise in Großbritannien und in der Normandie zur Festlegung astronomischer Erkenntnisse dienten, wie seit dem 19. Jahrhundert behauptet wird, ist ebenfalls keineswegs sicher. Der bekannteste von ihnen, Stonehenge, nahe Salisbury im Süden Englands, wurde zwischen 3000 und 1000 v. Chr. erbaut. Er soll zur Vo-rausberechnung von Mondfinsternissen gedient haben; zu diesem Schluss kam man nach sorgfältiger Vermessung der Steinpositionen. Aber: Zahlreiche Steine waren umgefallen, und man hatte sie – zum Teil ziemlich willkürlich – wieder aufgestellt, und niemand kann sagen, dass alle Steine heute an ihrem ursprünglichen Platz stehen. Wir können es nur vermuten. Andere Deutungen gehen davon aus, dass die Verbindungen zwischen einigen Säulen wichtige Sternbilder ergeben; dass die Steintore den Steinzeitmenschen als Schutz gegen Meteoriteneinschläge dienten; oder dass Stonehenge, wie der deutsche Archäologe Helmut Tributsch meint, in erster Linie ein Ort zur Herstellung von Fata Morganas war (durch heiße Luft beim Entfachen von Feuern), damit die Seelen der Toten gut gen Himmel fahren konnten. Vermutungen.
Gebraucht haben unsere nomadischen Vorfahren die Sterne nicht, denn das bisschen Ackerbau, das sie trieben, ging auch ohne Kalender. Ganz anders sieht die Sache aus bei den Ackerbau treibenden und seefahrenden Völkern: Babylonier und Ägypter, Griechen und Wikinger, Chinesen und Inder, Maya und Inka. Für sie waren Sonne, Mond und Sterne ein wertvolles Mittel, den Jahreslauf zu erkennen, wichtige Termine von Saat und Ernte vorherzubestimmen oder sich bei ihren wagemutigen Fahrten aufs offene Meer nachts an Mond und Sternen zu orientieren.
So haben die alten Ägypter die großen Pyramiden exakt nach den Himmelsrichtungen ausgerichtet und das frühe Erscheinen des Sterns Sirius in der Morgendämmerung als Indikator für den Anbruch der jährlichen Nilüberschwemmungen benutzt. Die drei großen Pyramiden sollen sogar ein Abbild der Gürtelsterne des für sie wichtigen Sternbilds »Osiris« (heute: Orion) sein.
Die Babylonier haben viele Daten gesammelt und aufgezeichnet, was wir aus erhalten gebliebenen Keilschrifttafeln wissen. Den Babyloniern verdanken wir unter anderem:
*die Benennung der meisten Sternbilder,
*die Kenntnis der Umlaufszeiten des Mondes und der Planeten,
*die Kenntnis des »Saroszyklus« von rund 18 Jahren (wichtig zur Berechnung von Mondfinsternissen),
*die Entwicklung des Kalenders mit 12 Monaten à 30 Tagen + Schalttagen,
*die Einteilung des Tages in 24 Stunden,
*die Verwendung der Planetenstellungen in den Sternbildern und zueinander zum Zweck der Voraussage von Ereignissen. Das allerdings gehört ins weite Reich der Astrologie ...
Eine wissenschaftliche Astronomie indes gelang erst den alten Griechen. Das akribische Aufzeichnen von Planetenpositionen lag diesem unbekümmerten Volk ebenso wenig wie die Umsetzung astronomischer Erkenntnisse in geheimnisvolle Bauten, wie es die Steinzeitmenschen und die Ägypter so hervorragend verstanden. Die Griechen waren keine Zahlenkünstler, sondern Geometer, d. h. sie wollten nicht klassifizieren, sondern die Welt mit Formen und Figuren beschreiben, erfassen und erklären. Und sie waren die ersten Theoretiker. Das Wort »theoria« hat die gleiche Wurzel wie das Wort Theater – und welches Theater könnte den Menschen mehr beeindrucken als die Wanderung der Himmelslichter über das nächtliche Firmament!
Die ersten Vorstellungen der Griechen von Tag und Nacht – wir finden sie in Homers Epen – waren reichlich naiv. So glaubten sie, unterhalb des Horizonts würden die Lichter gelöscht und darüber wieder entzündet, und die Nacht sei eine Art Nebel, der alles verhüllte. Doch bald kamen die ersten griechischen Denker und schufen ganz langsam und mit vielen Varianten und Ergänzungen jenes Weltbild, das sich dann fast zwei Jahrtausende hielt: Die Sterne sind leuchtende Punkte, die sich auf kristallenen Sphären (= Kugelschalen) um die Erde drehen. Und die Erde ist eine Kugel im Zentrum des Kosmos.
Die ersten, die ein solches Weltbild ausarbeiteten, waren die Anhänger des legendären Pythagoras (um 570 – um 497 v. Chr.), der eine mathematische Sekte gründete, und Platon (427 – 347 v. Chr.), Gründer der »Akademie«. Sie waren reine Theoretiker – anders als Aristoteles (384 – 322 v. Chr.), Begründer des »Lyceums« und Befürworter der Beobachtung und des Experiments. Kein Wunder, dass seine Weltanschauung zu den erstaunlichsten wissenschaftlichen Erkenntnissen der Antike führte. Ein Lyceum-Student, ein gewisser Aristarch von Samos (ca. 310 – 230 v. Chr.), erkannte durch genial einfache Beobachtungen, Messungen und Berechnungen folgende Fakten:
*Die Erde dreht sich in 24 Stunden um sich selbst, deswegen wandern die Himmelskörper scheinbar über das Firmament.
*Im Mittelpunkt des Kosmos steht die Sonne, nicht die Erde. So ist die manchmal seltsame, scheinbar rückläufge Bewegung der Planeten gut erklärbar.
*Die Erdbahn um die Sonne ist schief, wodurch die Jahreszeiten entstehen.
*Die Sonne ist ein Fixstern wie viele andere.
*Durch sorgfältige Beobachtungen der Halbmondphase erkannte Aristarch auch, dass die Sonne wesentlich größer und weiter weg sein muss als der Mond.
Seine Daten sind um eine Zehnerpotenz zu klein, doch für die damalige Zeit war das Universum des Aristarch ungeheuer groß – viel zu groß für seine Zeitgenossen.
Dass er nicht die genauen Maße fand, lag unter anderem daran, dass die Griechen die Zeit nicht richtig messen konnten. Sie hatten keine Pendeluhren, nur ein »Gnomon« (Schattenstab) genanntes Ins-trument, das nur die Länge des Schattens der Sonne maß. Man sagte: Das Mittagessen beginnt, wenn der Schatten deines Körpers zehn Fuß beträgt. Weil aber die Sonne mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und in unterschiedlicher Höhe die Erde umkreist (je nach Jahreszeit: Im Winter steht sie tiefer, ist aber schneller), sind derartige Angaben äußerst ungenau. Umso bemerkenswerter, dass Aristarch trotzdem derart exakt die wahre Struktur des Universum erkunden konnte. Und was sagten seine Zeitgenossen dazu?
Dass sich die Erde um die eigene Achse dreht, ist für uns selbstverständlich. Im Alten Griechenland stand Aristarch mit dieser Ansicht fast allein da. Denn wenn sich die Erde so schnell dreht – so die Gegner –, dann müsste man es doch spüren, und die Luft würde uns um die Ohren brausen. Dazu kommt: Wenn die Erde sich um die Sonne dreht, müsste sich uns im Sommer ein anderer Sternenhimmel zeigen als im Winter. Aristarchs Einwand, dass die Sterne so weit weg sein könnten, dass diesen Unterschied belanglos wird, wurde von seinen Zeitgenossen nicht akzeptiert. – Für die Vorstellung, die Sonne stehe im Mittelpunkt der Welt, wurde man zu Beginn der Neuzeit von der Inquisition verfolgt und verbrannt. Im Alten Griechenland war es nicht ganz so schlimm, doch gefährlich war es auch dort. So meinte der Philosoph Kleanthes (331 – 232 v. Chr.), man müsse Aristarch wegen seiner Blasphemie den Prozess machen – ein Prozess, der tödlich enden konnte, wie wir von Sokrates wissen. Der Grund für die religiöse Anstößigkeit der Ideen des Aristarch: Im Mittelpunkt des religiösen Lebens der alten Griechen stand das heilige Feuer (»hes-tia«) im Zentrum des griechischen Heims, ein heiliger Ort, der nicht entweiht werden durfte. Diesem Ort entspricht die Erde – wer sie aus dem Zentrum rückt, entweiht die Götter.
Dennoch gab es immer Wagemutige, die ihre Gedanken nicht einsperren ließen. Etwa Hundert Jahre später kam ein anderer griechischer Mathematiker und Astronom, Eratosthenes von Kyrene (um 284 – um 202 v. Chr.), zu ähnlichen Größenordnungen wie Aristarch. Und: Es gelang ihm, den Erdumfang zu berechnen – so einfach wie genial und so genau wie erst wieder zur Zeit der christlichen Seefahrt. Eratosthenes hatte beobachtet, dass zur Zeit der Sommersonnenwende das Sonnenlicht senkrecht in einen tiefen Brunnenschacht in der Stadt Kyrene (heute Assuan) fiel, während in seiner Wirkstadt Alexandria der Lichtstrahl einen Winkel von ca. 7 Grad zur Senkrechten bildete, das ist rund ein Fünfzigstel des ganzen Kreises. Da Alexandria und Kyrene auf dem gleichen Meridian (Längenkreis) liegen, brauchte man nur ihre Entfernung zu wissen, dann konnte man – durch Multiplikation mit 50 – den gesamten Erdumfang rein rechnerisch ermitteln. Aus Berichten von Reisenden schloss Eratosthenes, dass die Entfernung zwischen Kyrene und Alexandria 5000 Stadien betrug, was einen Erdumfang von 250000 Stadien (5000 mal 50) ergab. Wir wissen nicht, welches Stadium-Maß (es schwankte zwischen 157 und 185 Meter) Eratosthenes zu Grunde legte, aber vermutlich lag der Fehler in seinen Berechnungen nur bei ungefähr fünf Prozent – eine Leistung, die größtes Erstaunen hätte erregen müssen.
Und dennoch: Aristarchs realistische Vorstellungen und Eratosthenes’ geniale Methoden verschwanden für Jahrhunderte in der Versenkung, bis sie von Kopernikus und Giordano Bruno wiederbelebt wurden. Inzwischen aber setzte sich eine andere Anschauung durch, die mit Pythagoras begann, von den Philosophen Platon und Aristoteles und den Mathematikern Eudoxos (408 – 355 v. Chr.) und Apollonius von Perge (um 262 – um 190 v. Chr.) weiterentwickelt wurde und schließlich in Claudius Ptolemäus (um 100 – um 160 n. Chr.) ihren Höhepunkt fand.
Dabei ging es im Wesentlichen um Folgendes: Die nächtliche Wanderung der Fixsterne kann als Umdrehung einer Kris-tallschale mit angehefteten Lichtern gut erklärt werden. Doch für die komplizierte und manchmal unverständliche Bahn der »Planeten« (Sonne, Mond, Merkur bis Saturn) – das sind die »Irrläufer« – reicht eine solche Erklärung nicht aus. Denn Planeten sind manchmal näher, manchmal ferner (sehr gut erkennbar an der Größe des Mondes und an der unterschiedlichen Leuchtkraft des Mars); sie bewegen sich meist in einer Richtung, dann aber bleiben sie scheinbar stehen und fliehen rückwärts. Warum tun sie das?
Ptolemäus bot eine geniale Lösung des Rätsels an, nämlich keine. Er erfand ein höchst kompliziertes, aber stets erweiterbares mathematisches Schema fern jeglicher Realität, das die Bewegung der Planeten korrekt beschrieb. Mehr noch, man konnte damit sogar ihre Bahn voraussagen, zumindest in Grenzen. Der Trick: Die Planeten umkreisen die Erde, doch auf jeder Planetenbahn wird noch ein kleinerer Kreis mitgezogen, ein Epizyklus (Beikreis), der den Hauptkreis umkreist und so die rückläufige Bewegung der Planeten erklären konnte. Reichte das nicht, wurde noch ein Epizyklus dem vorhandenen Epizyklus hinzugefügt und noch einer und noch einer ... So wurde das System immer aufwändiger, aber auch immer genauer.
Die Idee zu diesem System stammte nicht von Ptolemäus, sondern von dem Astronomen Hipparchos von Nikaia (um 190 – um 125 v. Chr.). Der hatte immerhin erkannt, dass die Erde nicht im Mittelpunkt des Kreises stehen konnte, denn dann gäbe es keine Jahreszeiten. Doch bei Ptolemäus war dann alles wie immer – und er lehnte sogar die Drehung der Erde um sich selbst ab. Bei Ptolemäus steht die Erde völlig still, denn sie hat die absolute Mitte der Welt erreicht. Nur dass die Erde kugelförmig ist, diese Erkenntnis blieb den Griechen (und auch Ptolemäus) selbstverständlich – schließlich waren sie Seefahrer, die mit eigenen Augen sahen, wie Inseln und Schiffe am Horizont »auftauchten« oder »versanken«. (Die Vorstellung, dass die Erde eine Scheibe ist, stammt aus der jüdisch-christlichen Tradition.) Überzeugend wirkte das Weltbild des Ptolemäus auch deshalb, weil er die anerkannten Sternpositionen des großen Sternenkatalogs seines Vorgängers Hipparch benutzte; die stimmten zwar nicht mehr, weil sich inzwischen die Erdachse infolge ihrer Präzessionsbewegung wieder ein wenig verändert hatte, dennoch pass-ten sie exzellent in Ptolemäus’ Theorie. Hatte er, wie später behauptet wird, die Daten gefälscht, wie es vor und nach ihm immer wieder üblich war? Oder hat er einfach jene Daten ausgewählt, die ihm am wahrscheinlichsten erschienen und die seine Thesen am besten untermauerten? Der Streit ist nicht entschieden. Gewiss ist nur: Sein Werk (»Das Größte«) prägte für die nächsten 1400 Jahre unser Weltbild.
Warum aber erinnerte sich die Nachwelt an das Falsche des Ptolemäus – und nicht an das Richtige des Aristarch? Der Erfolg des ptolemäischen Systems hat zwei gewichtige Gründe: Es war zeitgemäß und anpassungsfähig.
Zeitgemäß war es, weil es der Gedankenwelt seiner Zeit und auch der späterer Zeiten entsprach. Der Mythos der alten Griechen, der mindestens bis Kepler das Denken der Forscher beeinflusste (und auch heute noch wirkt), war: Die Welt ist vollkommen, da sie von Gott stammt. Also muss sie auch aus vollkommenen Gebilden geschaffen sein. Vollkommen waren den alten Griechen der Kreis und sein dreidimensionales Gegenstück, die Kugel. Diese geometrischen Figuren bildeten die Grundlage für das ptolemäische System. Anpassungsfähig war das System, weil es den jeweils neuen Erkenntnissen durch Entdeckungen und verfeinerten Messungen angeglichen werden konnte; man brauchte einfach nur die Parameter zu verändern, in diesem Fall: Größe und Anzahl der Kreise.
Dagegen hatte das System des Aristarch, der doch der Wahrheit so viel näher gekommen war, keine Chance – weil es in einigen Aussagen nicht stimmte oder unvollständig war: Die Entfernungen waren falsch, die Bahnen immer noch kreisförmig und nicht elliptisch, die Schwerkraft noch nicht entdeckt, geschweige denn korrekt beschrieben. So entstand bei Aristarch Unerklärbares – was Ptolemäus scheinbar erklären konnte. Überdies waren Aristarchs Gedanken eine Beleidigung der Götter und eine Ohrfeige für den selbstverliebten Menschen, der selbstverständlich im Mittelpunkt stehen will – und nicht am Rand der Welt. So konnte sich das grundsätzlich Richtige nicht durchsetzen, weil es ein wenig falsch war, während das Falsche überlebte, weil es den Menschen nützte – indem es die gewohnte Ordnung beibehielt und kein anstrengendes Umdenken forderte. Jahrhunderte vergingen, bis die zarte Pflanze der richtigen Erkenntnis Früchte tragen konnten – doch diese Früchte wurden anfangs sofort wieder zertreten. Davon mehr im nächsten Heft.
