Geschichte der Physik: Himmel und Erde

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Im Zentrum des Universums?

Die alte Vorstellung von der Erde war, dass sie flach ist. Um etwa 600 v.Chr. hatten griechische Seefahrer beobachtet, wie sich die Positionen der Sterne veränderten, wenn sie nach Norden oder Süden segelten und sie erkannten, dass die Erdoberfläche gekrümmt sein muss. Um 350 v. Chr. glaubte Aristoteles, dass die Erde eine stationäre Kugel im Zentrum des Universums sei. Die Sonne, der Mond, die Planeten und die Sterne lagen auf transparenten Kristallkugeln, die sich um die Erde drehten, also bewegten sie sich in perfekten Kreisen.

Die Vorstellung, dass sich die "Himmelskörper" in perfekten Kreisen um die Erde bewegen müssen, sollte viele Jahrhunderte lang Schwierigkeiten bereiten. Von der Erde aus betrachtet bewegen sich die Planeten nicht gleichmäßig über den Himmel und scheinen sich manchmal vorwärts und rückwärts zu bewegen. Um 150 n. Chr. fand Ptolemäus eine ausführliche Erklärung dafür: Die Planeten bewegten sich in perfekten Kreisen, aber manchmal folgten sie kleinen Kreisen, die auf einem größeren Kreis darübergelegt waren.

Beobachtung
Von der Erde aus betrachtet, scheint sich Jupiter während eines Teils seiner Bewegung rückwärts und vorwärts zu bewegen.
Von der Erde aus betrachtet, scheint sich Jupiter während eines Teils seiner Bahn rückwärts und vorwärts zu bewegen..
Erklärung des Ptolemäus Erklärung des Kopernikus
Bewegung des Jupiter nach Ptolemäus Bewegung des Jupiter nach Kopernikus
Jupiter bewegt sich in einem Kreis um einen Punkt, der sich selbst in einem Kreis um die Erde bewegt. Das ist die Bewegung, die wir beobachten. Wenn sich die Erde um die Sonne bewegt, verändert sich unser Beobachtungspunkt. Das ist der Grund dafür, warum sich Jupiter scheinbar auf der oben dargestellten Bahn bewegt.
Galileo Galilei zeigt dem Doge von Venedig, wie man das Teleskop benutzt
Galileo Galilei zeigt dem Doge von Venedig, wie man das Teleskop benutzt

Erst im 15. Jahrhundert wurden die Ansichten von Aristoteles und Ptolemäus ernsthaft in Frage gestellt. Der Verantwortliche dafür war Nikolaus Kopernikus, der das Problem der beobachteten Planetenbewegung neu in Angriff nahm. 1543 veröffentlichte er seine Theorie, wonach die Sonne im Zentrum des Universums sein muss und dass die Erde und die Planeten um sie herum kreisen. In den folgenden Jahren widersprach die Kirche vehement dieser Auffassung und bestand darauf, dass die Erde im Mittelpunkt sein müsse. Später unterstützte Galileo Galilei Kopernikus' Ideen, musste sie aber wieder aufgeben ohne Folter und Hinrichtung zu riskieren. 1610 hatte er winzige Monde beobachtet, die sich um Jupiter bewegten - ein Beweis dafür, dass die Erde nicht Dreh- und Angelpunkt für alle Objekte am Himmel war.

Während der späten 1500er Jahre führten die Beobachtungen von Tycho Brahe zu einer großen Menge an genauen Daten über die Positionen der Planeten. Während des 17. Jahrhunderts wurden die Beweise für das kopernikanische Modell überwältigend. Johannes Kepler stellte die Gesetze der Planetenbahnen auf, Newton veröffentlichte seine Gravitationstheorie und stellte Keplers Gesetze auf eine feste mathematische Grundlage.


William Hershels 40 Fuss Teleskop
Als William Herschel 1789 dieses Spiegelteleskop baute, war es das größte der Welt. Es konnte durch Rollen angehoben oder gesenkt werden, und es gab Rollen unter der Plattform, damit es gedreht werden konnte.

Caroline Herschel, Williams Schwester, war ebenfalls eine hervorragende Astronomin. Sie entdeckte Kometen und kosmische Nebel und erstellte einen riesigen Katalog von den Beobachtungen ihres Bruders.


Sonne, Sterne und Galaxien

Im späten 17. Jahrhundert war klar, dass die Sterne der Sonne ähnlich waren, aber viel weiter entfernt. In den späten 1700er Jahren untersuchte William Herschel mit einem großen Teleskop, wie die Sterne verteilt waren. Er schloss daraus, dass die Sonne nahe dem Zentrum eines riesigen, linsenförmigen Sternsystems war, das er die Galaxis nannte.

Das Hubble Weltraumteleskop
Das Hubble-Weltraumteleskop ist im Orbit um die Erde. Hubble überträgt seine Bilder zurück auf den Boden, die es den Astronomen ermöglichen, entfernte Sterne und Galaxien ohne den störenden Einfluß der Erdatmosphäre zu erforschen.

Im frühen 19. Jahrhundert machten Astronomen immer genauere Schätzungen der Entfernungen zu den Sternen. Diese beruhten auf dem folgenden Prinzip: Im Laufe eines Jahres, während sich die Erde um die Sonne dreht, verändert sich unser Blickwinkel im Raum, so dass sich nahe gelegene Sterne vor dem Hintergrund sehr ferner Sterne zu bewegen scheinen. Diese scheinbare Bewegung wird als Parallaxe bezeichnet. Durch die Messung kann die Entfernung zu nahe gelegenen Sternen mittels Trigonometrie berechnet werden.

Im Jahr 1918 kartografierte Harlow Shapley die relativen Entfernungen von Sternhaufen und stellte schließlich fest, dass die Sonne sich nicht im Zentrum unserer Galaxie befindet. Und in den 1920er Jahren entdeckte Edwin Hubble, dass unsere Galaxie nicht alleine war. Es gab Millionen anderer Galaxien im Universum. Hubble machte auch eine weitere bedeutende Entdeckung über Galaxien: Aus den veränderten Wellenlängen ihres Lichts schloss er, dass sie sich voneinander entfernen mussten. Diese Entdeckung führte zur Entwicklung der Urknalltheorie - der Vorstellung, dass vor Milliarden von Jahren der gesamte Raum und alles, was darin ist, sich aus einem einzigen stecknadelkopfgroßen Punkt aus Materie und Energie entwickelte.


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