Das planetensystem
Uhrwerk Planetensystem
Warum weiss man, dass die Erde um die Sonne kreist? Eine Kinderfrage, mit der sich schon viele Eltern herumschlagen mussten. Könnten Sie wirklich an Galileis Stelle treten und Anwalt des heliozentrischen Weltbildes (Erde kreist um Sonne) sein? Hier stellen wir Ihnen ein paar Argumente vor und erklären, wie das Uhrwerk ,Planetensystem' funktioniert.
Vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild
Die Planeten sind Wanderer am Sternenhimmel. Während die Sternbilder Ihre Muster aus der zeitlich limitierten Perspektive eines Menschenlebens nicht verändern, wandern die Planeten von Tag zu Tag ein deutliches Stück vor der Kulisse der Sternbilder, das dem aufmerksamen Naturbeobachter auffällt. Diese fünf wandernden Sterne (Planeten) wurden von den Griechen der Antike Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn genannt. Ein paar Philosophen dachten schon damals, dass diese Planeten wie die Erde um die Sonne kreisen.
Doch die Überzeugung, dass der vollkommene Himmel, zu denen die Sterne und Planeten gehören, etwas grundsätzlich verschiedenes von der fehlerhaften Erde der Menschen sei, setzte die Erde in den Mittelpunkt des Universums (geozentrisches Weltbild). Eine Sichtweise, die gut in das Himmel - Erde - Hölle Weltbild des sich verbreitenden Christentums passte. Im wenig gelehrten Mittelalter Europas wurde auch nicht viel darüber nachgedacht. Erst mit der Erfindung des Buchdrucks und der Reformation kam ab dem 16. Jahrhundert Bewegung in die Sache. Allerdings darf man es nicht so verstehen, dass das heliozentrische Weltbild ein Kind der Reformation sei.
Luther hat sich sehr negativ zu den heliozentrischen Lehren des Nikolaus Kopernikus (1473-1543) geäussert.
Keplers Gesetze
Veranschaulichung des 1. und 2. Keplergesetzes anhand der Merkurbahn. Zwischen zwei nahe beieinanderliegenden Positionen hat sich der Planet um 5 Tage bewegt. In einem Brennpunkt der Bahnellipse liegt die Sonne.
Nach dem 2. Gesetz sind die blaue und die grüne Fläche gleich gross. Die Halbachse a ist der grösste vorkommende Abstand zwischen der Mitte der Ellipse und dem Rand. Der Abstand zwischen Mitte und Brennpunkt ist a mal e, wobei e die numerische Exzentrizität der Ellipse ist.
Johannes Kepler (1571 - 1630) kam nach fast lebenslangem, auch innerlichem, Kampf gegen alte himmlische Harmonieüberzeugungen beim Vergleich von gemessenen Marspositionen mit Vorhersagen seines heliozentrischen Weltbildes zu richtigen Aussagen. Keplers Vergleich von theoretischer Modellvorstellung mit tatsächlichen Gestirnpositionen ähnelt bereits der Vorgehensweise der modernen Naturwissenschaften.
Er entdeckte die Keplerschen Gesetze.
Für Planetenbahnen lauten die drei Keplergesetze:
1. Planeten kreisen auf Ellipsen um die Sonne, die sich in einem Brennpunkt befindet.
2. Die Verbindungslinie Brennpunkt - Planet überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen.
3.
Die Umlaufszeiten T1 und T2 zweier Planeten und ihre Halbachsen a1 und a2 erfüllen folgende Gleichung: T12/T22 = a13/a23.
Heliozentrisches Weltbild mit Aspekte der Planeten. epsilon = Elongationswinkel, phi = Phasenwinkel.
Diese Gesetze von Kepler, die schliesslich Ende des 17. Jahrhunderts durch Newtons Gravitationsgesetz bestätigt und durch ein sowohl auf der Erde als auch im Weltraum gültige Naturkraft, die Schwerkraft, erklärt wurden, erlaubten es nun, die Positionen besser vorherzusagen, als es die geozentrische Lehre vermochte.
Scheinbarer Anblick und Oppositionsschleife
Mit der Einführung des Fernrohrs in die Astronomie ab dem 17.
Jahrhundert hatten Astronomen wie Galilei die Möglichkeit, die Planeten als Kugeln und nicht nur als Sterne zu sehen. Ihre scheinbare Grösse und ihre Beleuchtungsphase ändern sich im Laufe der Wochen, je nach relativer Stellung von Erde und Planet im Sonnensystem. Dies in Übereinstimmung mit dem heliozentrischen Weltbild.
Wechselnder Fernrohranblick von Mars und Venus
Überholt die Erde auf ihrer nach dem dritten Keplerschen Gesetz schnelleren inneren Bahn einen äusseren Planeten oder wird selbst von einem inneren Planeten (Merkur oder Venus) überholt, so kommt es zu einer zeitweiligen scheinbaren Rückläufigkeit des Planeten, der so genannten Oppositionsschleife.
Die Oppositionsschleife des Mars.
Die Position von Erde und Mars auf ihren Bahnen sind in Figure 4 jeweils alle zwei Wochen eingezeichnet.
Zunächst läuft die Blickrichtung von Erde Richtung Mars (gelber Pfeil) vorwärts. Bei den Positionen 5, 6 und 7 bleibt der Mars gegenüber der Erde so stark zurück, dass der gelbe Pfeil wieder rückwärts zu laufen scheint. Im heliozentrischen Weltbild erklärt sich dieses Verhalten auf einfache Weise, im geozentrischen System ist dies nicht erklärbar.
Somit waren es die einfache Erklärung der Oppositionsschleife, der scheinbare wechselnde Anblick der Planeten im Fernrohr sowie die Möglichkeit, die Planentenpositionen mit Hilfe der Keplergesetze und bald darauf mit Newtons Schwerkraftgesetz sehr genau vorhersagen zu können, die das heliozentrische Weltbild bestätigten. Die letzten ernstzunehmenden Zweifler am heliozentrischen Weltbild verstummten, als es im 19. Jahrhundert gelang, Parallaxen der Fixsterne zu messen.
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