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Von der Scheibe zur Kugel? Ist die Erde wirklich rund?
Auswirkungen auf die heutigen Höhenmessungen
Von Paul Furrer-Bischofberger, Chur
Während meiner 40- jährigen Lehrtätigkeit stiess ich in den Lehrbüchern fast ausschliesslich auf die Annahme, dass im Mittelalter die Erde als Scheibe betrachtet wurde. Erwähnt wurde auch, dass Kopernikus der erste Gelehrte war, der sich gegen die Weltanschauung der Kirche aufgelehnt hätte.
Blättern wir in der Geschichte zurück, so entdecken wir auch andere Anschauungen:
- Obwohl die Aegypter die Erde als Scheibe von drei Ebenen betrachteten (Unterwelt für die Verstorbenen, Mittelschicht für die Menschen des Diesseits und darüber die dritte Schicht als himmlischer Ort für die Götter), glaubten schon damals auf Grund von Beobachtungen der Erde und des Alls immer weniger Menschen an das scheibenförmige Modell der Erde.
- Später gelangten viele Griechen zur Erkenntnis, dass die Erde eine runde Form haben müsste. Sie stützten sich auf die Beobachtungen von Aristoteles, welcher bemerkte, dass auf einer offenen See bei sich nähernden Schiffen immer zuerst der Mast sichtbar wurde, egal, aus welcher Richtung das Schiff kam. Der kreisförmige Schatten auf dem Mond während Mondfinsternissen liess ebenfalls auf die Gestalt der Erde schliessen. Erstaunliche Leistung erbrachte Eratothenes aus Alexandria (ca. 276 – 194/192 v. Chr.), der den Erdumfang bis auf 50 km der heutigen bekannten Länge berechnete (Encyclopedia Brittanica). Das Konzept der runden Erde war allerdings nicht von langer Dauer. Die Römer zeichneten die Erde flach mit Ozeanen um sie herum.
- In Jesaja 40.22 steht geschrieben: „Er ist es, der da thront über der Kugel der Erde“. Mit „er“ ist Gott gemeint. Das hebräische Wort „chug“ wurde allerdings oft abgeschwächt mit Kreis übersetzt, so noch in der Zwingli-Bibel, 1966, vorfindend.
Und in Hiob 26.7 wird die Schlussfolgerung gezogen, dass die Erde rund sei.
- Bleiben wir beim Christentum und nennen wir Thomas von Aquin (*1224, †7. März 1274 in Fossanova) Dominikaner und herausragendste Philosoph und Theologe des Mittelalters. Ihm war die Vorstellung einer Erdkugel bereits bekannt.
- Falsch ist die heute weit verbreitete Annahme, Kolumbus hätte 1492Mit seiner Entdeckungsfahrt nach Amerika den Beweis für das Modell der Erdkugel geliefert (Quelle: Library of Congress). Er hätte sonst die Erde umrunden müssen. Den Beweis erbrachte im 16. Jahrhundert dann Fernando Magellan.
Zum Mythos des rückständigen Mittelalters
Heute wird vermutet, dass Mitte des 19. Jahrhunderts der Volksmythos über die Vorstellung der scheibenförmigen Erde in Umlauf gesetzt wurde, um das stark kirchlich beeinflusste Mittelalter als besonders „wissenschaftsfeindlich, primitiv und abergläubisch“ erscheinen zu lassen. Somit konnte das „aufgeklärte“ Zeitalter gegenüber der vorangegangen Zeitepoche als „weit überlegen“ und „hoch gebildet“ dargestellt werden.
Dass die Erde eine Scheibe sei, glaubten im Mittelalter nur noch die wenigsten Menschen (Quelle: Wikipedia)
Basierend auf den grieschischen Mathematiker Aristarchos von Samos (griech. Ἀρίσταρχος; * um 310 v. Chr. auf Samos; † um 230 v. Chr.) griechischer Astronom und Mathematiker), baute Kopernikus (* 19. Februar1473 in Thorn; † 24. Mai1543 in Frauenburg) war ein Frauenburger Domherr, Jurist, Administrator und Arzt) das neue Weltbild mit seiner These auf, dass nicht die Erde, sondern die Sonne im Mittelpunkt stünde.
Galileo Galilei (* 15. Februar1564 in Pisa; † 29. Dezember 1641jul./ 8. Januar1642greg. in Arcetri bei Florenz, italienischer Philosoph, Mathematiker, Physiker und Astronom) lieferte physikalische Beweise für die Bahnbewegungen der Erde und glaubte zunächst, auch die Kirche von seinen sensationellen Forschungen überzeugen zu können. Seine Lehre wurde allerdings als „absurd und irrgläubig“ bezeichnet.
Johannes Kepler (lateinisch Ioannes Keplerus, auch Keppler; * 27. Dezember1571 in Weil der Stadt; † 15. November1630 in Regensburg, deutscher Naturphilosoph, Mathematiker, Astronom, Astrologe, Optiker und evangelischer Theologe), fand das korrekte mathematische Modell zu Kopernikus „neuer Weltanschauung“.
Das Titelbild von Galileis Werk „Dialog über die zwei Weltsysteme“ stellt eine Diskussion zwischen Aristoteles, Ptolemäus und Kopernikus dar (Quelle: Wikipedia)
Und Sir Isaac Newton (* 25. Dezember 1642jul./ 4. Januar1643greg. in Woolsthorpe-by-Colsterworth in Lincolnshire; † 20. März 1726jul./ 31. März1727greg. in Kensington,] englischer Naturforscher und Verwaltungsbeamter, Philosoph), lieferte im 18. Jahrhundert das Gravitationsgesetz für den endgültigen Beweis zu Kopernikus Theorie.
Ist die Erde nun wirklich rund?
Nein, sie ist es nicht. Wegen ihrer Rotation ( einmal pro Tag um die eigene Achse) ist sie abgeplattet. Am Aequator ist sie etwas „dicker“. Allerdings ist der Unterschied von rund 22 km klein, verglichen mit dem Radius am Aequator von 6378 km. Genauere Messungen zeigen ferner, dass der Nordpol etwa 20 Meter weiter von der Aequatorebene entfernt ist. Für diesen Unterschied zwischen der Entfernung Aequator-Nordpol, resp. Aequator-Südpol wird eine nicht gleichmässige Verteilung der Erdmasse verantwortlich gemacht.
Die Erde hat „übertrieben“ dargestellt eine kartoffelförmige Form (Potsdamer Modell).
Das Potsdamer Modell basiert auf den Missionen von CHAMP (Deutsche Geoforschungssatellit) zur Erkundung zur Erdschwere, des Erdmagnetfeldes, sowie zur Temperatur- und Wasserdampfverteilung in der Atmosphäre.) und GRACE ( zwei amerikanisch-deutsche Satelliten mit ähnlichen, aber erheblich höheren Genauigkeits- und Auflösungsanaforderungen bezüglich der Akzelerometermessungen * (Beschleunigunssmessungen/ siehe auch unter Sport).
Vor wenigen Jahren ermittelte ferner der ESA-Satellit GOCE (Satellit zur Bestimmung des Schwerefelds und der stationären Ozeanzirkulation) genügend Daten, um das Schwerefeld der Erde mit bisher unerreichter Genauigkeit zu kartieren. Damit steht den Wissenschaftlern das präziseste, je erstellte Modell des Geoids zum besseren Verständnis der Funktionsweise der Erde zur Verfügung. Hier verweise ich auf die Animation unter www.swabble.me/huch
New Goce Geoid 28/03/2011,Copyright ESA/HPF/DLR
Geoid und Geoid der Schweiz
GPS, Garmin und viele weitere elektronische Geräte liefern uns im Alltag sehr genaue Daten über Höhen- und Distanzangaben. Bereits Vieles aus den vergangenen Forschungen dürften schon in unsere alltäglichen Geräte für die Ausübung des Sports, und, und, und eingeflossen sein. Vieles wird folgen.
Die folgenden Angaben (a/b) sind entnommen aus www.swisstopo.admin. (siehe unter Geoid).
a)Geoid
Das Geoid ist eine ausgewählte Äquipotentialfläche des Erdschwerefeldes und dient als Referenzfläche für die Höhenbestimmung. Man kann es sich als idealisierte, unter den Kontinenten weitergeführte mittlere Meeresoberfläche vorstellen.
Global weicht das Geoid von einer mathematischen Referenzfläche (dem Rotationsellipsoid) im Bereich von bis zu ±100 Meter ab. Innerhalb der Schweiz erreichen diese Abweichungen vom lokalen Bezugsellipsoid Beträge von ± 5 Meter.
Das Geoid kann mit astro-geodätischen und gravimetrischen Methoden bestimmt werden. In den letzten Jahren wurde auch die direkte Bestimmung des Geoids aus Nivellements- und GPS-Messungen möglich (GPS-Nivellement).
Das Geoidmodell ist heute insbesondere für GPS-Messungen unverzichtbar, da es die Umrechnung von den mit GPS bestimmten ellipsoidischen Höhen (h) auf die üblicherweise verwendeten orthometrischen Höhen (H) mit der folgenden einfachen Beziehung erlaubt H= h-N Beziehung zwischen Geoid, Ellipsoid und orthometrischer Höhe (siehe unter Geodäsie)
b) Das Geoid in der Schweiz
Das aktuelle Geoidmodell der Schweiz (CHGeo2004) wurde aus einer Kombination aller Methoden bestimmt und weist über die ganze Schweiz eine Genauigkeit von 1 - 3 cm auf. Das Geoidmodell der Schweiz wird Interessierten in Form eines 1-km-Gitters abgegeben und ist heute praktisch in alle handelsüblichen geodätischen GPS-Empfänger integrierbar.
Der minimale Wert des lokalen Geoidmodells der Schweiz beträgt im Südtessin etwa -4Meter. Das Maximum im Unterengadin beträgt etwa +4.5 Meter.
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Ein Beschleunigungssensor ist ein Sensor (Fühler), der die Beschleunigung misst, indem meistens die auf eine Testmasse wirkende Trägheitskraft bestimmt wird. Somit kann z. B. bestimmt werden, ob eine Geschwindigkeitszunahme oder -abnahme stattfindet. Der Beschleunigungssensor gehört zur Gruppe der Inertialsensoren.*
** Eine Äquipotentialfläche, auch Äquipotenzialfläche oder Potenzialfläche, ist die Menge aller Punkte gleichen (lateinisch: aequalis) Potentials, das heißt gleicher potentieller Energie eines Probekörpers in einem Potentialfeld. Diese Fläche steht stets senkrecht zu den Feldlinien und ist ein Spezialfall von Isoflächen. (aus Wikipedia)
Paul Furrer-Bischofberger, 7000 Chur, Februar 2014