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Elemente
Astronomie
[* 2] (griech., »Sternkunde«),
die
Lehre
[* 3] von der
Stellung der
Gestirne am
Himmel,
[* 4] den
Gesetzen
ihrer
Bewegung und ihren physischen Eigentümlichkeiten. Der
Begriff der
Astronomie, anfangs fast nur die Ergebnisse der kunstlosen
Beobachtung
des
Himmels und der Veränderungen an ihm umfassend, hat sich von
Jahrhundert zu
Jahrhundert erweitert. Ihr großes
Gebiet läßt sich nach verschiedenen
Gesichtspunkten einteilen. Am nächsten liegt die Trennung in praktische
und theoretische von denen die erstere alles umfaßt, was sich auf die unmittelbare
Beobachtung, sowohl mit bewaffnetem als
mit unbewaffnetem
Auge,
[* 5] bezieht, während die theoretische
Astronomie, fußend auf dem von der
Beobachtung dargebotenen
Material, auf
mathematischem Weg die
Gesetze aufzufinden strebt, welche den
Erscheinungen zu
Grunde liegen.
Sie findet in vielen
Fällen, daß die praktische
Astronomie nur den
Schein der
Dinge erfaßt hat, und lehrt dann die wahre Sachlage
kennen, wie sie z. B. die scheinbaren
Bewegungen der
Gestirne auf die wahren zurückführt. Sie ist im stande, mittels der
ihr bekannten allgemeinen
Gesetze den
Ort der
Gestirne für einen beliebigen zukünftigen Zeitpunkt zu bestimmen,
z. B.
Sonnen- und Mondfinsternisse,
Oppositionen und
Konjunktionen,
Bedeckungen und Vorübergänge auf das genaueste vorherzubestimmen
etc., und zeigt so auch wiederum der praktischen
Astronomie
Ort und Zeit an, wo sie ihre
Beobachtung anzustellen hat.
Vielfach teilt man die gesamte theoretische in drei Teile: sphärische, theorische (bisweilen auch theoretische
genannt) und physische
Astronomie. Die sphärische Astronomie betrachtet die
Erscheinungen, wie sie sich unmittelbar am
Himmel darstellen. Der
Name rührt daher, daß die
Gestirne dem unbefangenen Beobachter auf der Innenseite einer
Kugel (sphaera) erscheinen, in deren
Mittelpunkt sich das
Auge scheinbar befindet. Unter theorischer (von
Theorie, d. h. spekulierendes Nachdenken)
versteht man den rein berechnenden, auf
Raum- und Zeitbestimmungen beruhenden Teil der
Astronomie; sie geht von den scheinbaren auf
die wahren
Bewegungen zurück.
Die physische
Astronomie dagegen wird alsdann bestimmt als die
Lehre von den
Ursachen der wahren
Bewegungen, von den
Kräften, durch
welche die Himmelskörper aufeinander wirken, wohin z. B. die
Gesetze der
Gravitation, der Zentripetal- und
Zentrifugalkraft
[* 6] gehören; zu ihr rechnet man daher auch die
Theorie von den
Gesetzen der elliptischen
Bewegung der Himmelskörper, von den gegenseitigen
Störungen der elliptischen
Bewegung, von der durch die
Rotation bewirkten
Abplattung der
Erde etc. Häufig
versteht man aber unter physischer
Astronomie auch die
Lehre von der physischen
Beschaffenheit der Himmelskörper.
Gegenwärtig wird indessen dieser
Zweig der der in neuerer Zeit, besonders infolge der Anwendung der
Photographie und
Spektralanalyse
[* 7] auf die
Beobachtung der Himmelskörper, einen glänzenden Aufschwung genommen hat, gewöhnlich mit dem
Namen
Astrophysik bezeichnet.
Geht die nähere Betrachtung der Himmelskörper über das, was die
Beobachtungen mit Sicherheit zu folgern gestatten, hinaus,
und untersucht sie z. B. nach Wahrscheinlichkeitsgründen den
Zweck der Weltkörper, die
Natur ihrer Bewohner etc., so wird
sie zur Konjektural
astronomie, die sehr leicht sich des
Namens einer
Wissenschaft ebenso unwürdig macht wie die
Astrologie.
Hilfswissenschaften der
Astronomie sind: reine
¶
forlaufend
Mathematik in ihrem ganzen Umfang, sowohl die elementare als die höhere Analysis, wie ja viele der wichtigsten analytischen
Untersuchungen nur durch Probleme veranlaßt worden sind, welche die
Astronomie stellte; viele Zweige der angewandten Mathematik, namentlich
Mechanik und Optik, erstere sowohl behufs genauer Kenntnis der astronomischen Instrumente und der Wirkung ihrer
einzelnen Teile wie auch als Mechanik des Himmels (wie zuerst Laplace sie genannt hat) zur Einsicht in den innern Zusammenhang
der Bewegungen und zur Entwickelung der Bedingungen des Gleichgewichts und der Stabilität der Weltkörper und ihrer Systeme; letztere,
die Optik, ist namentlich dem Beobachter unentbehrlich, denn sie hauptsächlich lehrt die Instrumente verfertigen
und zweckmäßig anwenden und gibt über viele Erscheinungen an den Weltkörpern die Aufschlüsse; die Physik im engern Sinn,
insbesondere auch die Meteorologie, nicht als sollte der Astronom das Wetter
[* 9] bestimmen, sondern weil der Luftkreis das Medium
ist, durch welches wir die Himmelskörper erblicken, und weil die darin vorgehenden Veränderungen sowohl
auf den Ort, wo, als auf die Art, wie sie uns erscheinen, den wesentlichsten Einfluß haben.
Geschichte der
Astronomie im Altertum.
Die Geschichte der
Astronomie reicht in das höchste Altertum zurück. Unter dem reinen Himmel Südasiens und Ägyptens sehen wir die
ersten Forscher mit Beharrlichkeit viele Jahrhunderte hindurch die augenfälligsten und für die Zeitrechnung
wichtigsten Phänomene, namentlich die Mond- und Sonnenfinsternisse nebst dem Auf- und Untergang der Sterne, beobachten. Die
Chaldäer haben hauptsächlich die chronologischen Grundlagen festgestellt; ihr 18jähriger Saros ist das sprechendste Denkmal
ihres ausdauernden Fleißes. Im alten Indien hat man die Planeten
[* 10] beobachtet, ihre Zusammenkünfte unter
sich und mit dem Mond
[* 11] bestimmt und die Perioden ihres Umlaufs abgeleitet.
Durch Rückwärtsberechnung seltener von ihnen beobachteter Konjunktionen sowie durch Vergleichung ihrer cyklischen Perioden mit unsrer heutigen Theorie hat sich aber die Behauptung des hohen Alters der indischen Astronomie nicht in dem früher angenommenen Maß bestätigt. Dagegen reichen die astronomischen Beobachtungen der Chinesen bis ins höchste Altertum hinauf. Die älteste sichere Beobachtung, die man kennt, ist diejenige einer Sonnenfinsternis [* 12] von 2158 v. Chr. Daß die Priesterkaste Ägyptens nicht unbedeutende astronomische Kenntnisse besessen habe, ist allerdings sehr wahrscheinlich; aber die starre Abgeschlossenheit und Geheimhaltung, welche Ägyptens Priester für nötig erachteten, ist schuld daran, daß das meiste, was sie geleistet haben mögen, für uns verloren ist.
Die Ansprüche der Hebräer auf ein hohes Altertum ihres chronologischen Systems und ihrer astronomischen Tafeln haben vor der Kritik nicht bestanden; sie reichen kaum bis Esra hinauf und sind von auswärts entlehnt. Die Theogonie, Kosmogonie und Geogonie der Griechen hat nur das Reich der Fabeln erweitert; ihre Erklärungsversuche, selbst der gewöhnlichsten Erscheinungen (wie der Mondphasen), sind mitunter unglaublich wunderlich; keiner hat das Richtige getroffen, worüber man sich auch gar nicht wundern kann, wenn man erwägt, daß die griechischen Weisen philosophierten, ohne genügende Grundlagen in den Beobachtungen zu besitzen.
Unter solchen Umständen verzweifelten mit Recht die weisesten unter ihnen, ein Sokrates und Platon, an der Möglichkeit einer wissenschaftlichen Astronomie. Die Verdienste der ältern Griechen um Astronomie beschränken sich auf Berichtigung der Zeitrechnung und der zu Grunde liegenden Perioden. Als zu Metons Zeit (434 v. Chr.) der Kalender um 15 Tage abwich, unternahm dieser eine Kalenderverbesserung, indem er 19 Sonnenjahre = 235 Mondmonaten setzte (vgl. Kalender). Dieser Metonische Cyklus, der seit 432 v. Chr. in ganz Griechenland [* 13] und seinen Kolonien im Gebrauch war, gewährte noch den Vorteil, daß auch die Finsternisse sich nahezu nach dieser Periode richteten, indem der Umlauf der Mondknoten, d. h. der Punkte, in welchen seine Bahn die Ebene der Erdbahn schneidet, eine Periode von 19 Jahren weniger 5 Monaten hat. So stand es um die Astronomie, als um 300 v. Chr. Ptolemäos Philadelphos die Akademie zu Alexandria gründete.
Aristillos und Timocharis eröffnen die Reihe der alexandrinischen Astronomen. Sie bestimmten die Orte der Fixsterne [* 14] zwar noch mit sehr rohen Hilfsmitteln, doch aber so genau, daß Hipparch ihre Arbeiten brauchbar fand. Bald nach ihnen gab Aratos eine Beschreibung des gestirnten Himmels in Versen. Weit wichtiger waren die Arbeiten des Aristarch von Samos. Er machte den Versuch, die Zeit des höchsten und tiefsten Sonnenstandes genauer zu ermitteln und die Entfernung der beiden vorzüglichsten Himmelskörper von der Erde zu bestimmen.
Für den Mond fand er 56 Erdhalbmesser (nur 4 zu wenig), und den Durchmesser des Mondes nahm er zu einem Drittel des Erddurchmessers (im rohen gleichfalls richtig) an. Ferner glaubte er für den Winkel, [* 15] welchen die nach Mond und Sonne [* 16] gerichteten Linien an der Erde zur Zeit des ersten und letzten Viertels machen, 87° gefunden zu haben, woraus die Entfernung der Sonne 19mal größer als die des Mondes und ihr Durchmesser 6-7mal größer als der der Erde gefunden wird. Dies ist freilich um mehr als das Zwanzigfache falsch, gleichwohl war die Methode an sich richtig, und wenn die Sonne statt 400mal nur 10-20mal soweit entfernt wäre wie der Mond, so würde das Verfahren auch praktisch anwendbar gewesen sein.
Aristarch hat aber noch ein wesentlicheres Verdienst: er lehrte, die Erde drehe sich um ihre Achse und zugleich in einem schiefen Kreis [* 17] um die Sonne, eine für jene Zeit sehr kühne Bemerkung, die, konsequent verfolgt, zum kopernikanischen System hätte führen können. Auch von Euklides, der um jene Zeit lebte, haben wir ein astronomisches Werk: »Phaenomena«, welches hauptsächlich von den Erscheinungen des Auf- und Unterganges der Gestirne handelt. Wahrscheinlich ist auch Manetho, ein ägyptischer Priester, in diese Zeit zu setzen, wiewohl das uns von ihm erhaltene Werk nur wenig Spuren echter Kenntnisse, dagegen größtenteils astrologische Träumereien enthält.
Nachfolger Aristarchs wurde Eratosthenes (geb. 276 v. Chr.), auf dessen Vorschlag Ptolemäos Euergetes große Armillarsphären anfertigen ließ. An diesen beobachteten Eratosthenes und seine Nachfolger die Durchgänge der Sterne durch den Meridian, was nicht allein bequemer, sondern auch genauer ist als die Beobachtung der Auf- und Untergänge, Eratosthenes fand auch die Schiefe [* 18] der Ekliptik gleich 23° 51' 15''. (Über seinen Versuch, die Größe der Erde zu ermitteln, vgl. Gradmessung.) [* 19]
Von den großen Geometern Archimedes und Apollonios ist hier nur zu erwähnen, daß der erstere ¶
forlaufend
sich an einem Planetarium versuchte und letzterer zuerst die Epicykeln zur Erklärung des Planetenlaufs vorgeschlagen hat. Für die spätere Entwickelung der in Keplers Zeit sind seine Arbeiten über die Kegelschnitte [* 21] von der größten Bedeutung. Entschieden der größte Astronom des Altertums ist Hipparch von Nicäa (2. Jahrh. v. Chr.). Er suchte die Grundlagen der Astronomie, soweit die damaligen Mittel reichten, festzustellen: die Länge des Jahrs, die Schiefe der Ekliptik, den Lauf des Mondes und der Sonne, die Orte der Sterne.
Zur genauern Zeitbestimmung hatte er freilich nur Wasser- und Sanduhren, indes wußte sein Genie diese Mängel auf mancherlei Weise zu ersetzen, so daß er z. B. die Ungleichheit der wahren Sonnentage entdeckte, die doch für einen einzelnen Tag nie eine halbe Minute übersteigt. Da der scheinbare Abstand eines Sterns von der Sonne sich direkt nicht messen ließ, so maß er am Tag den Abstand des Mondes von der Sonne, in der darauf folgenden Nacht den eines Sterns vom Mond, und indem er den Lauf des Mondes in der Zwischenzeit berücksichtigte, erhielt er den Kulminationsunterschied des Sterns und der Sonne, also auch die gerade Aufsteigung des erstern, wenn die der Sonne bekannt war.
Hatte er auf diese Weise eine Anzahl von Sternen bestimmt, so dienten ihm diese zur Grundlage für die andern. An seinen Ringkugeln brachte er Diopter [* 22] an, um beim Sehen [* 23] genauer visieren zu können; auch soll er sich eines Rohrs bedient haben, um das seitliche Licht [* 24] abzuhalten und schärfer zu sehen. Die von Eratosthenes angegebene Lage der Sonnenbahn fand er richtig. Zur Bestimmung der Länge des Jahrs hatte er nur die beobachteten Solstitien des Aristarch, die, mit seinen eignen Beobachtungen verglichen, ihm 365 Tage 5 Stunden 55 Minuten 12 Sekunden gaben. Um sie richtiger zu erhalten, schlug er die Beobachtung der Nachtgleichen vor.
Seinen Sonnentafeln gab er eine Einrichtung, die allen spätern Zeiten als Muster gegolten hat. Er erkannte, daß die Entfernung der Sonne von der Erde veränderlich ist, und daß beim Mond ein Gleiches stattfindet, bestimmte die Neigung der Mondbahn gegen die Ekliptik sowie die Veränderung der Knoten und zeigte, wie man die Finsternisse zur Bestimmung der Entfernung von Sonne und Mond benutzen kann (Parallaxenrechnung). Er bestimmte 1020 Sterne, deren Orte er nicht auf den Äquator, sondern auf die Ekliptik bezog.
Indem er dabei erkannte, daß sich seit Timocharis die Längen der Sterne durchschnittlich um 2 Grade vermehrt hatten, entdeckte er die Präzession der Nachtgleichen. Zu Längenbestimmungen auf der Erde schlug er die Finsternisse vor. Nach ihm treffen wir fast drei Jahrhunderte hindurch nur auf mittelmäßige Leistungen. Einige glückliche Ideen hatte Kleomedes. Die Erde ist, von der Sonne aus gesehen, nach ihm nur ein Punkt, von den Fixsternen aus gar nicht zu sehen; auch sind die Fixsterne keineswegs alle gleichweit entfernt, was schon Geminus 137 v. Chr. behauptet hatte. Er ist ferner Entdecker der astronomischen Strahlenbrechung. [* 25] Posidonius erkennt den Mond als Ursache der Ebbe und Flut und wußte auch schon, daß die Fluten im Neu- und Vollmond größer sind als in den Mondvierteln. Für die Höhe der Atmosphäre setzt er 4000 Stadien, für den Abstand des Mondes 52 Erdhalbmesser, für den der Sonne 13,000 Erdhalbmesser Entfernung.
Auf Anordnung Julius Cäsars ward 45 v. Chr. der in große Unordnung geratene römische Kalender durch den Alexandriner Sosigenes in Ordnung gebracht. Das tropische Jahr wurde von diesem der Zeitrechnung zu Grunde gelegt und zu 365¼ Tagen angenommen. Um dieselbe Zeit versuchte auch Varro die Dunkelheiten der altrömischen Chronologie durch die Mond- und Sonnenfinsternisse aufzuhellen, in deren Berechnung man schon eine ziemliche Sicherheit gewonnen hatte. Im allgemeinen aber kam die Astronomie im alten Rom [* 26] nie zu größerer Bedeutung, während die Astrologie zahlreiche Anhänger fand. Alexandria war noch immer der einzige Ort, wo brauchbare Beobachtungen angestellt werden konnten.
Klaudios Ptolemäos (um 140 n. Chr.) ist der zweite große Astronom des Altertums. Sein astronomisches Hauptwerk ist der uns erhaltene »Almagest«, welcher 1400 Jahre lang die Hauptquelle blieb, aus der die Welt ihre astronomischen Kenntnisse schöpfte. Unbestritten ist des Ptolemäos Verdienst um die Mondtheorie. Man hatte vor ihm den Mond nur im Voll- und Neumond (hauptsächlich bei Finsternissen) beobachtet. Er aber bestimmte seinen Ort auch in den Mondvierteln und sah bald, daß die von Hipparch gemachte Annahme eines einfachen exzentrischen Kreises, in dem sich der Mond mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewege, nicht mehr ausreiche. Er verband deshalb mit demselben die Epicykeln, allein auch diese erklärten die Sache nicht ganz. Seine Vorstellung war eine höchst verwickelte: der Mond bewegt sich in seinen Epicykeln auf dem Umfang eines großen Kreises, in dessen Mittelpunkt die Erde nicht liegt, und der Mittelpunkt des exzentrischen Kreises wird selbst in einem kleinen Kreis um die Erde geführt. Durch Epicykeln suchte er auch die scheinbar sehr verwickelten Bewegungen der Planeten auf gleichförmige Kreisbewegungen zurückzuführen.
Ein trauriges Bild des Verfalls der Astronomie gewähren die auf Ptolemäos folgenden Jahrhunderte. Nach der Lehre des Indienfahrers Kosmas wird die Erde wieder flach, Wasser befeuchtet die Weltachse, damit sie sich bei der Umdrehung nicht entzünde, die Sonne geht (nach Isidor) allen Völkern der Erde gleichzeitig auf. In den wenigen Büchern, die aus dem 6. und 7. Jahrh. auf uns gekommen sind, ist keine Spur einer auch nur historischen Kenntnis der großen Entdeckungen der Alexandriner.
Ein neuer Anstoß zur Bearbeitung der Astronomie ging erst wieder von den Arabern aus, die uns nicht wenige Schriften des Altertums durch ihre Übersetzungen erhalten haben. Eine Reihe die Wissenschaften eifrig fördernder Kalifen begann 754 mit Al Mansur, dem Vater Harun al Raschids. Al Mamun, der dritte Kalif dieser Reihe, wirkte sich vom byzantinischen Kaiser Michael III. die Erlaubnis aus, von allen in Griechenland vorhandenen wissenschaftlichen Büchern eine arabische Übersetzung anfertigen zu lassen.
Den Anfang machte Ptolemäos' »Almagest«. Auch ließ Al Mamun 827 eine Gradmessung zur Ermittelung der Größe der Erde ausführen. Den 928 gestorbenen Albategnius verdanken wir die Entdeckung der Verschiebung derjenigen Punkte, wo die Erde der Sonne am nächsten und am entferntesten steht (Fortrückung der Apsiden oder des Apheliums und Periheliums). Alhazen, gest. 1038, hatte schon richtige Vorstellungen über die Brechung der [* 27] Lichtstrahlen in der Atmosphäre und schlug zur Bestimmung ihrer Größe die Beobachtung der untern und obern Kulminationen von ¶