von Matt Williams , Universum Heute
Die wissenschaftliche Revolution, die im 16. und 17., In dieser Zeit wurden die Grundlagen der modernen Wissenschaft dank Durchbrüchen in den Bereichen Physik, Mathematik, Chemie, Biologie und Astronomie gelegt. Und wenn es um Astronomie geht, war der einflussreichste Gelehrte definitiv Nicolaus Kopernikus, der Mann, dem die Schaffung des heliozentrischen Modells des Universums zugeschrieben wurde.,
Basierend auf laufenden Beobachtungen der Bewegungen der Planeten sowie früherer Theorien aus der Antike und der islamischen Welt schlug Kopernikus ein Modell des Universums vor, in dem sich die Erde, die Planeten und die Sterne alle um die Sonne drehten. Dabei löste er die mathematischen Probleme und Inkonsistenzen, die sich aus dem klassischen geozentrischen Modell ergeben und legte den Grundstein für die moderne Astronomie.,
Während Kopernikus nicht der erste war, der ein Modell des Sonnensystems vorschlug, in dem sich die Erde und die Planeten um die Sonne drehten, war sein Modell eines heliozentrischen Universums sowohl neu als auch aktuell. Zum einen kam es zu einer Zeit, als europäische Astronomen darum kämpften, die mathematischen und Beobachtungsprobleme zu lösen, die aus dem damals akzeptierten ptolemäischen Modell des Universums entstanden, einem geozentrischen Modell, das im 2.Jahrhundert n. Chr. vorgeschlagen wurde.
Darüber hinaus war Ptolemäus ‚ Modell das erste astronomische System, das eine vollständige und detaillierte Darstellung der Funktionsweise des Universums bot., Sein Modell löste nicht nur Probleme, die sich aus dem ptolemäischen System ergaben, es bot auch eine vereinfachte Sicht auf das Universum, die komplizierte mathematische Geräte beseitigte, die für die Arbeit des geozentrischen Modells erforderlich waren. Und mit der Zeit gewann das Modell einflussreiche Befürworter, die dazu beitrugen, dass es zur akzeptierten Konvention der Astronomie wurde.
Das ptolemäische (geozentrische) Modell:
Das geozentrische Modell, in dem der Planet Erde das Zentrum des Universums ist und von der Sonne und allen Planeten umkreist wird, war seit der Antike das akzeptierte kosmologische Modell., In der Spätantike wurde dieses Modell von antiken griechischen und römischen Astronomen wie Aristoteles (384 – 322 v. Chr.) – dessen Theorien zur Physik zur Grundlage für die Bewegung der Planeten wurden – und Ptolemäus (ca. 100. – ca.?170 CE), der die mathematischen Lösungen vorschlug.
Das geozentrische Modell beruht im Wesentlichen auf zwei gemeinsamen Beobachtungen. Zuallererst schienen sich die Sterne, die Sonne und die Planeten für die alten Astronomen täglich um die Erde zu drehen., Zweitens schien sich die Erde aus der Perspektive des erdgebundenen Beobachters nicht zu bewegen, was sie zu einem festen Punkt im Weltraum machte.
Der Glaube, dass die Erde kugelförmig war, was im 3.Jahrhundert v. Chr. zu einer akzeptierten Tatsache wurde, wurde in dieses System aufgenommen. Als solches wurde das geozentrische Modell des Universums zur Zeit Aristoteles zu einem Modell, bei dem die Erde, die Sonne und alle Planeten Kugeln waren und bei dem sich Sonne, Planeten und Sterne in perfekten kreisenden Bewegungen bewegten.
Allerdings war es nicht bis ägyptisch-griechischen Astronomen Claudius Ptolemaeus (aka., Ptolemäus) veröffentlichte seine Abhandlung Amalgest im 2. Jahrhundert v. Chr., dass die Details standardisiert wurden. Ptolemäus stützte sich auf jahrhundertelange astronomische Traditionen, die von babylonisch bis modern reichten, und argumentierte, dass sich die Erde im Zentrum des Universums befand und die Sterne sich alle in bescheidener Entfernung vom Zentrum des Universums befanden.
Jeder Planet in diesem System wird auch von einem System aus zwei Sphären bewegt – einem Deferenten und einem Epizyklus. Der Deferent ist ein Kreis, dessen Mittelpunkt von der Erde entfernt ist, der verwendet wurde, um die Unterschiede in den Längen der Jahreszeiten zu berücksichtigen., Der Epizyklus ist in die deferente Sphäre eingebettet und fungiert als eine Art „Rad innerhalb eines Rades“. Der Zweck dieses Epizyklus bestand darin, retrograde Bewegungen zu berücksichtigen, bei denen Planeten am Himmel langsamer zu werden scheinen, sich rückwärts bewegen und sich dann wieder vorwärts bewegen.
Leider haben diese Erklärungen nicht alle beobachteten Verhaltensweisen der Planeten berücksichtigt. Am auffälligsten war, dass die Größe der retrograden Schleife eines Planeten (insbesondere des Mars) manchmal kleiner und größer war als erwartet. Um das Problem zu lindern, entwickelte Ptolemäus den Äquanten – einen Punkt in der Nähe des Zentrums der Umlaufbahn eines Planeten., Für einen Beobachter, der an diesem Punkt steht, scheint sich der Epizyklus eines Planeten immer mit gleichmäßiger Geschwindigkeit zu bewegen, während er sich von allen anderen Orten aus mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit zu bewegen scheint.
Während dieses System über tausend Jahre lang das akzeptierte kosmologische Modell in der römischen, mittelalterlichen europäischen und islamischen Welt blieb, war es nach modernen Maßstäben unhandlich. Im ptolemäischen Modell erforderte jeder Planet einen Epizyklus, der sich auf einem Deferenten drehte, der durch einen Äquanten ausgeglichen wurde, der auch für jeden Planeten unterschiedlich war.,
Es gelang jedoch, Planetenbewegungen mit einem angemessenen Maß an Genauigkeit vorherzusagen, und wurde verwendet, um astrologische und astronomische Diagramme für die nächsten 1500 Jahre vorzubereiten. Jahrhundert wurde dieses Modell allmählich durch das heliozentrische Modell des Universums ersetzt, wie es von Kopernikus und dann Galileo und Kepler vertreten wurde.
Das kopernikanische (heliozentrische) Modell:
Im 16.Jahrhundert begann Nicolaus Kopernikus mit der Entwicklung seiner Version des heliozentrischen Modells., Wie andere vor ihm baute Kopernikus auf der Arbeit des griechischen Astronomen Atistarchus auf und huldigte der Maragha-Schule und einigen bemerkenswerten Philosophen aus der islamischen Welt (siehe unten). Jahrhundert fasste Kopernikus seine Ideen in einer kurzen Abhandlung mit dem Titel Commentariolus („Kleiner Kommentar“) zusammen.
Um 1514 begann Kopernikus, Kopien unter seinen Freunden zu verbreiten, von denen viele Astronomen und Gelehrte waren. Dieses vierzigseitige Manuskript beschrieb seine Ideen über die heliozentrische Hypothese, die auf sieben allgemeinen Prinzipien beruhte., drehen sich nicht alle um einen einzigen Punkt
Danach sammelte er weiter Daten für eine detailliertere Arbeit, und bis 1532 war er kurz davor, das Manuskript seines Magnum opus – De revolutionibus orbium coelestium (Über die Revolutionen der Himmelskugeln) fertigzustellen. Darin brachte er seine sieben Hauptargumente vor, jedoch in detaillierterer Form und mit detaillierten Berechnungen, um sie zu untermauern.,
Durch die Platzierung der Umlaufbahnen von Merkur und Venus zwischen der Erde und der Sonne konnte Kopernikus Veränderungen in ihrem Aussehen berücksichtigen. Kurz gesagt, wenn sie sich relativ zur Erde auf der anderen Seite der Sonne befinden, erscheinen sie kleiner, aber voll. Wenn sie sich auf der gleichen Seite der Sonne wie die Erde befinden, erscheinen sie größer und „gehörnt“ (halbmondförmig).
Es erklärte auch die rückläufige Bewegung von Planeten wie Mars und Jupiter, indem es zeigte, dass Erdastronomen keinen festen Bezugsrahmen haben, sondern einen sich bewegenden., Dies erklärte weiter, wie Mars und Jupiter zu bestimmten Zeiten deutlich größer erscheinen könnten als zu anderen Zeiten. Im Wesentlichen sind sie bei der Opposition deutlich näher an der Erde als bei der Konjunktion.
Aufgrund der Befürchtung, dass die Veröffentlichung seiner Theorien zur Verurteilung durch die Kirche führen würde (und vielleicht befürchtet, dass seine Theorie einige wissenschaftliche Mängel aufwies), hielt er seine Forschung jedoch bis ein Jahr vor seinem Tod zurück. Erst 1542, als er kurz vor dem Tod stand, schickte er seine Abhandlung nach Nürnberg, um sie zu veröffentlichen.,
Historische Vorgeschichte:
Wie bereits erwähnt, war Kopernikus nicht der erste, der sich für eine heliozentrische Sicht auf das Universum einsetzte, und sein Modell basierte auf der Arbeit mehrerer früherer Astronomen. Die ersten aufgezeichneten Beispiele dafür gehen auf die Antike zurück, als Aristarchus von Samos(ca. 310-230 v. Chr.) veröffentlichte Schriften, die Referenzen enthielten, die von seinen Zeitgenossen (wie Archimedes) zitiert wurden.
In seiner Abhandlung The Sand Reckoner beschrieb Archimedes ein weiteres Werk von Aristarchus, in dem er eine alternative Hypothese des heliozentrischen Modells vortrug., Wie er erklärte:
Jetzt wissen Sie, dass „Universum“ der Name ist, den die meisten Astronomen der Kugel geben, deren Zentrum der Mittelpunkt der Erde ist und deren Radius der geraden Linie zwischen dem Mittelpunkt der Sonne und dem Mittelpunkt der Erde entspricht. Dies ist der gemeinsame Bericht… wie Sie von Astronomen gehört haben. Aber Aristarchus von Samos brachte ein Buch heraus, das aus einigen Hypothesen bestand, in denen die Prämissen zu dem Ergebnis führten, dass das Universum um ein Vielfaches größer ist als das jetzt so genannte., Seine Hypothesen sind, dass die festen Sterne und die Sonne unbewegt bleiben, dass sich die Erde um die Sonne im Umfang eines Kreises dreht, dass die Sonne in der Mitte der Umlaufbahn liegt und dass die Kugel der festen Sterne, die ungefähr im selben Zentrum wie die Sonne liegt, so groß ist, dass der Kreis, in dem er die Erde vermutet, einen solchen Anteil an der Entfernung der festen Sterne hat, wie der Mittelpunkt der Kugel an ihrer Oberfläche trägt.,
Dies führte zu der Vorstellung, dass es eine beobachtbare Parallaxe mit den“ festen Sternen “ geben sollte (dh eine beobachtete Bewegung der Sterne relativ zueinander, während sich die Erde um die Sonne bewegte). Nach Archimedes behauptete Aristarchus, dass die Sterne viel weiter entfernt seien als allgemein angenommen, und dies war der Grund für keine erkennbare Parallaxe.
Der einzige andere Philosoph aus der Antike, der Schriften über Heliozentrismus überlebt hat, ist Seleucis von Seleucia(ca. 190-150 V. Chr.)., Ein hellenistischer Astronom, der im nahöstlichen Seleukidenreich lebte, Seleucus war ein Befürworter des heliozentrischen Systems von Aristarchus und soll die heliozentrische Theorie bewiesen haben.
Nach zeitgenössischen Quellen könnte Seleucus dies getan haben, indem er die Konstanten des geozentrischen Modells bestimmt und sie auf eine heliozentrische Theorie anwendet sowie Planetenpositionen berechnet (möglicherweise mit trigonometrischen Methoden)., Alternativ könnte seine Erklärung das Phänomen der Gezeiten miteinbezogen haben, das er angeblich mit dem Einfluss des Mondes und der Umdrehung der Erde um das Erdmond-Massenzentrum in Verbindung gebracht hat.
Im 5. Jahrhundert n. Chr. äußerte der römische Philosoph Martianus Capella von Karthago die Meinung, dass sich die Planeten Venus und Merkur um die Sonne drehten, um die Diskrepanzen in ihren Erscheinungen zu erklären., Capellas Modell wurde im frühen Mittelalter von verschiedenen anonymen Kommentatoren aus dem 9.Jahrhundert diskutiert, und Kopernikus erwähnt ihn als Einfluss auf seine eigene Arbeit.
Im Spätmittelalter, Bischof Nicole Oresme (ca. 1320-1325 bis 1382 CE) diskutierte die Möglichkeit, dass sich die Erde um ihre Achse drehte. In seiner Abhandlung De Docta Ignorantia (Über gelernte Ignoranz) von 1440 fragte Kardinal Nikolaus von Cusa (1401 – 1464 n. Chr.), ob es einen Grund gebe, zu behaupten, dass die Sonne (oder ein anderer Punkt) das Zentrum des Universums sei.,
Indische Astronomen und Kosmologen deuteten auch auf die Möglichkeit eines heliozentrischen Universums in der Spätantike und im Mittelalter hin. In 499 CE veröffentlichte der indische Astronom Aaryabhata sein Magnum opus Aryabhatiya, in dem er ein Modell vorschlug, bei dem sich die Erde um ihre Achse drehte und die Perioden der Planeten in Bezug auf die Sonne angegeben wurden. Er berechnete auch genau die Perioden der Planeten, Zeiten der Sonnen-und Mondfinsternisse und die Bewegung des Mondes.,Jahrhundert veröffentlichte Nilakantha Somayaji die Aryabhatiyabhasya, die ein Kommentar zu Aryabhatas Aryabhatiya war. Darin entwickelte er ein Rechensystem für ein teilweise heliozentrisches Planetenmodell, in dem die Planeten die Sonne umkreisen, die wiederum die Erde umkreist. Im Tantrasangraha (1500) revidierte er die Mathematik seines Planetensystems weiter und integrierte die Erdrotation auf seine Achse.
Auch das heliozentrische Modell des Universums hatte Befürworter in der mittelalterlichen islamischen Welt, von denen viele Kopernikus inspirieren würden., Jahrhundert war das ptolemäische Modell des Universums der akzeptierte Standard für Astronomen in West-und Zentralasien. Mit der Zeit tauchten jedoch Manuskripte auf, die mehrere ihrer Gebote in Frage stellten.Jahrhundert iranische Astronom Abu Sa ‚ id al-Sijzi widersprach dem ptolemäischen Modell, indem er behauptete, dass sich die Erde um ihre Achse drehte, und erklärte so den scheinbaren Tageszyklus und die Rotation der Sterne relativ zur Erde. Jahrhundert verfasste der ägyptisch-arabische Astronom Alhazen eine Kritik mit dem Titel Zweifel an Ptolemäus(ca., 1028), in dem er viele Aspekte seines Modells kritisierte.
Ungefähr zur gleichen Zeit diskutierte der iranische Philosoph Abu Rayhan Biruni (973 – 1048) die Möglichkeit, dass sich die Erde um ihre eigene Achse und um die Sonne dreht – obwohl er dies als philosophisches und nicht als mathematisches Problem betrachtete. An der Maragha und der Ulugh Beg (aka. Samarkand) Observatorium, die Erdrotation wurde von mehreren Generationen von Astronomen zwischen dem 13. und 15.,
Auswirkungen des heliozentrischen Modells:
Trotz seiner Befürchtungen über seine Argumente, die Verachtung und Kontroversen hervorrufen, führte die Veröffentlichung von Copernicu ‚ s Theorien nur zu einer milden Verurteilung religiöser Autoritäten. Im Laufe der Zeit versuchten viele Religionsgelehrte, gegen sein Modell zu argumentieren. Aber innerhalb weniger Generationen wurde die Theorie von Kopernikus weiter verbreitet und akzeptiert und gewann in der Zwischenzeit viele einflussreiche Verteidiger.,
Dazu gehörten Galileo Galilei (1564-1642), dessen Himmelsuntersuchungen mit dem Teleskop es ihm ermöglichten, Fehler im heliozentrischen Modell zu beheben und Aspekte des Himmels zu entdecken, die den Heliozentrismus unterstützten. Zum Beispiel entdeckte Galileo Monde, die Jupiter umkreisen, Sonnenflecken und die Unvollkommenheiten auf der Mondoberfläche – all dies trug dazu bei, die Vorstellung zu untergraben, dass die Planeten perfekte Kugeln und nicht Planeten ähnlich der Erde waren. Während Galileos Befürwortung von Kopernikus ‚ Theorien zu seinem Hausarrest führte, folgten bald andere.,
Auch der deutsche Mathematiker und Astronom Johannes Kepler (1571-1630) half mit seiner Einführung elliptischer Bahnen, das heliozentrische Modell zu verfeinern. Zuvor verwendete das heliozentrische Modell immer noch kreisförmige Umlaufbahnen, was nicht erklärte, warum Planeten die Sonne zu unterschiedlichen Zeiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten umkreisten. Indem er zeigte, wie der Planet an bestimmten Punkten in seinen Umlaufbahnen beschleunigt und in anderen verlangsamt wurde, löste Kepler dies.
Darüber hinaus würde Kopernikus‘ Theorie über die Bewegungsfähigkeit der Erde ein Umdenken auf dem gesamten Gebiet der Physik anregen., Während frühere Bewegungsideen von einer äußeren Kraft abhingen, um sie anzuregen und aufrechtzuerhalten (dh Wind, der ein Segel drückt), trugen die Theorien von Copernicus dazu bei, die Konzepte von Schwerkraft und Trägheit zu inspirieren. Diese Ideen würden von Sir Isaac Newton artikuliert, dessen Principia die Grundlage der modernen Physik und Astronomie bildete.
Obwohl sein Fortschritt langsam war, ersetzte das heliozentrische Modell schließlich das geozentrische Modell. Am Ende war die Wirkung seiner Einführung nichts weniger als ein Revolutionär. Fortan würde sich das Verständnis der Menschheit für das Universum und unseren Platz darin für immer verändern.,