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Astronomie ist ein Gebiet, auf dem die Griechen ein bemerkenswertes Talent bewiesen. Die Beobachtungsastronomie, die anderswo die Hauptform der Astronomie war, ging in Griechenland noch einen Schritt weiter: Sie versuchten, ein Modell des Universums zu erstellen, das die Beobachtungen erklären konnte. Sie untersuchten alle denkbaren Alternativen und erwägten viele verschiedene Lösungen für die verschiedenen astronomischen Probleme, auf die sie stießen. Sie haben nicht nur viele Ideen der modernen Astronomie vorweggenommen, sondern einige ihrer Ideen haben auch rund zwei Jahrtausende überdauert. Selbst zur Zeit Isaac Newtons wurden einige Aspekte der aristotelischen Kosmologie noch an der Universität Cambridge gelehrt.

Unsere Kenntnisse der griechischen Astronomie vor dem 4. Wir haben nur wenige überlieferte Schriften, und das meiste, was wir wissen, sind Hinweise und Kommentare von Aristoteles, meist Meinungen, die er gleich kritisieren wird. Klar ist, dass man die Erde für eine Kugel hielt und dass man sich zunehmend bemühte, die Natur mit rein natürlichen Begriffen zu verstehen, ohne auf übernatürliche Erklärungen zurückzugreifen.

Die Nachbarn der Griechen, die Ägypter und die Babylonier, verfügten über eine hoch entwickelte Astronomie, aber die Kräfte, die sie antrieben, waren unterschiedlich. Die ägyptische Verwaltung stützte sich auf feststehende Kalender, um die Überschwemmungen des Nils vorhersehen zu können; Rituale waren erforderlich, um die Zeit während der Nacht ablesen zu können, und auch die Ausrichtung von Denkmälern nach den Himmelsrichtungen war wichtig. Die Babylonier glaubten an das Lesen von Omen am Himmel als Mittel zur Sicherung des Staates. All dies waren wichtige Impulse für die Entwicklung einer ausgefeilten Astronomie.
Pythagoras gilt als der erste Grieche, der die Erde für kugelförmig hielt, aber diese Idee hatte wahrscheinlich eher mystische als wissenschaftliche Gründe. Die Pythagoräer fanden schlüssige Beweise für eine kugelförmige Erde, nachdem entdeckt worden war, dass der Mond durch Lichtreflexion scheint, und die richtige Erklärung für Finsternisse gefunden wurde. Der Schatten der Erde auf der Mondoberfläche legte nahe, dass die Form unseres Planeten kugelförmig war.

Aristoteles‘ Buch „Über den Himmel“ fasst einige astronomische Vorstellungen vor seiner Zeit zusammen. Er sagt zum Beispiel, dass Xenophanes von Kolophon behauptete, die Erde unter uns sei unendlich, sie habe „ihre Wurzeln ins Unendliche geschoben“; andere glaubten, die Erde ruhe auf Wasser, eine Behauptung, deren ursprünglicher Urheber Thales zu sein scheint (nach Aristoteles); Anaximenes, Anaxagoras und Demokrit glaubten, die Erde sei flach, die „wie ein Deckel die Erde unter ihr bedeckt“.

Griechische Astronomie nach Aristoteles

Abgesehen von einigen Ausnahmen, war der allgemeine Konsens unter den griechischen Astronomen, dass das Universum erdzentriert ist. Im 4. Jahrhundert v. Chr. einigten sich Platon und Aristoteles auf ein geozentrisches Modell, aber beide Denker stützten sich dabei auf mystische Argumente: Die Sterne und Planeten wurden auf konzentrisch angeordneten Kugeln um die Erde getragen. Platon beschrieb das Universum sogar als die Spindel der Notwendigkeit, die von den Sirenen begleitet und von den drei Schicksalen gedreht wird. Platon verwarf die Idee eines von Naturgesetzen beherrschten Universums, da er jede Form des Determinismus ablehnte. Die unvorhersehbaren Bewegungen einiger Planeten (insbesondere des Mars) wurden von Platon als Beweis dafür angesehen, dass die Naturgesetze nicht alle Veränderungen in der Natur erklären konnten. Eudoxus, ein Schüler Platons, stellte die Ansichten seines Lehrers in Frage, indem er an einem mythenfreien mathematischen Modell arbeitete, aber die Idee konzentrischer Sphären und kreisförmiger Planetenbewegungen blieb bestehen.

Während es Aristoteles‘ Begründungen für ein erdzentriertes Universum an wissenschaftlicher Unterstützung mangelt, bietet er einige zwingende Beobachtungsbeweise, um eine kugelförmige Erde zu rechtfertigen, wobei der wichtigste der Unterschied in der Position des Polarsterns ist, wenn man den Breitengrad ändert, eine Beobachtung, die eine Möglichkeit zur Messung des Erdumfangs bot.

In der Tat gibt es einige Sterne, die in Ägypten und in der Nähe von Zypern gesehen werden, die in den nördlichen Regionen nicht zu sehen sind; und Sterne, die im Norden niemals außerhalb der Reichweite der Beobachtung liegen, gehen in jenen Regionen auf und unter. Das alles beweist nicht nur, dass die Erde kreisförmig ist, sondern auch, dass sie eine Kugel von nicht großer Größe ist; denn sonst würde die Wirkung einer so geringen Ortsveränderung nicht so schnell sichtbar werden.“

(Aristoteles: Buch 2, Kapitel 14, S. 75)

Aristoteles schätzte die Größe des Planeten aufgrund der Position des Polarsterns zwischen Griechenland und Ägypten auf 400.000 Stadien. Wir wissen nichts Genaues über die Umrechnung von Stadien in moderne Maße, aber der allgemeine Konsens ist, dass 400.000 Stadien etwa 64.000 Kilometern entsprechen würden. Diese Zahl ist viel höher als moderne Berechnungen, aber interessant ist, dass die Berechnung aus theoretischer Sicht eine gültige Methode zur Berechnung der Größe unseres Planeten ist; es ist die Ungenauigkeit der Zahlen, mit denen Aristoteles umging, die ihn daran hindert, zu einer akzeptablen Schlussfolgerung zu gelangen.

Eine genauere Zahl für die Größe unseres Planeten wurde später von Eratosthenes (276-195 v. Chr.) ermittelt, der die Schatten verglich, die die Sonne auf zwei verschiedenen Breitengraden (Alexandria und Syene) zur exakt gleichen Zeit warf. Durch einfache Geometrie berechnete er daraufhin den Umfang der Erde auf 250.000 Stadien, was etwa 40.000 Kilometern entspricht. Eratosthenes‘ Berechnung ist etwa 15 % zu hoch, aber die Genauigkeit seiner Zahl wurde bis in die Neuzeit nicht erreicht.

Die recht guten Beobachtungen der aristotelischen Kosmologie koexistierten mit einer Reihe von mystischen und ästhetischen Vorurteilen. So glaubte man zum Beispiel, dass die Himmelskörper „unveränderlich und unzerstörbar“ und auch „unveränderlich“ seien. Alle Körper, die oberhalb unseres Planeten existierten, galten als makellos und ewig, eine Vorstellung, die noch lange nach Aristoteles Bestand hatte: Selbst in der Renaissance, als Galilei behauptete, die Oberfläche des Mondes sei ebenso unvollkommen wie unser Planet und mit Bergen und Kratern übersät, löste dies unter den aristotelischen Gelehrten, die das europäische Denken noch immer beherrschten, nichts als einen Skandal aus.

Trotz des allgemeinen Konsenses über das erdzentrierte Modell gab es eine Reihe von Gründen, die darauf hindeuteten, dass das Modell nicht ganz genau war und korrigiert werden musste. So konnte das geozentrische Modell weder die Helligkeitsschwankungen der Planeten noch deren Rückwärtsbewegungen erklären. Aristarchos von Samos (310 v. Chr. – 290 v. Chr.) war ein antiker griechischer Mathematiker und Astronom, der eine alternative astronomische Hypothese aufstellte, die einige dieser Bedenken ausräumen konnte. Fast 20 Jahrhunderte vor Kopernikus und Galilei behauptete er, dass die Sonne und nicht die Erde der feste Mittelpunkt des Universums sei und dass sich die Erde zusammen mit den übrigen Planeten um die Sonne drehe. Er behauptete auch, dass die Sterne ferne Sonnen seien, die sich nicht bewegten, und dass das Universum viel größer sei, als seine Zeitgenossen glaubten. Anhand einer sorgfältigen geometrischen Analyse, die auf der Größe des Erdschattens auf dem Mond während einer Mondfinsternis beruhte, wusste Aristarch, dass die Sonne viel größer war als die Erde. Es ist möglich, dass die Idee, dass kleine Objekte große umkreisen sollten und nicht umgekehrt, seine revolutionären Ideen motivierte.

Aristarchus Werke, in denen das heliozentrische Modell vorgestellt wird, sind verloren gegangen, und wir wissen von ihnen, indem wir spätere Werke und Referenzen zusammensetzen. Eines der wichtigsten und klarsten ist das von Archimedes in seinem Buch „Der Sand Reckoner“ erwähnte:

Aber Aristarchus von Samos brachte ein Buch heraus, das aus bestimmten Hypothesen besteht, deren Prämissen zu dem Ergebnis führen, dass das Universum um ein Vielfaches größer ist als das jetzt so genannte. Seine Hypothesen lauten, dass die Fixsterne und die Sonne unbewegt bleiben, dass die Erde sich um die Sonne in einem Kreisumfang dreht, wobei die Sonne in der Mitte der Bahn liegt, und dass die Sphäre der Fixsterne, die sich um denselben Mittelpunkt wie die Sonne befindet, so groß ist, dass der Kreis, in dem sich die Erde seiner Meinung nach dreht, in einem solchen Verhältnis zur Entfernung der Fixsterne steht, wie der Mittelpunkt der Sphäre zu ihrer Oberfläche.

(Archimedes, 1-2)

Das Modell des Aristarchos war eine gute Idee zu einer schlechten Zeit, da alle griechischen Astronomen der Antike davon ausgingen, dass die Umlaufbahn aller Himmelskörper kreisförmig sein musste. Das Problem war, dass Aristarchos‘ Theorie nicht mit den angeblich kreisförmigen Bewegungen der Himmelskörper in Einklang zu bringen war. In Wirklichkeit sind die Bahnen der Planeten elliptisch, nicht kreisförmig: elliptische Bahnen oder andere nicht kreisförmige Bahnen konnten nicht akzeptiert werden; aus der Sicht der griechischen Astronomen war es fast eine Blasphemie.

Hipparchus von Nicäa (190 v. Chr. – 120 v. Chr.), der angesehenste und talentierteste griechische Astronom der Antike, berechnete die Länge des Mondmonats mit einem Fehler von weniger als einer Sekunde und schätzte das Sonnenjahr mit einem Fehler von sechs Minuten. Er erstellte einen Katalog des Himmels, in dem er die Positionen von 1080 Sternen durch Angabe ihrer genauen himmlischen Breite und Länge angab. Timocharis, 166 Jahre vor Hipparchus, hatte ebenfalls eine Karte erstellt. Durch den Vergleich beider Karten errechnete Hipparchus, dass die Sterne ihre scheinbare Position um etwa zwei Grad verschoben hatten, und so entdeckte und maß er die Äquinoktialpräzession. Er berechnete die Präzession auf 36 Sekunden pro Jahr, eine Schätzung, die nach modernen Berechnungen etwas zu kurz ist und bei 50 liegt. Er lieferte auch die meisten der Berechnungen, die das Rückgrat von Ptolemäus‘ Werk Almagest bilden, einer umfangreichen astronomischen Abhandlung, die im 2. Jahrhundert n. Chr. fertiggestellt wurde und bis zur Renaissance das Standardwerk für Gelehrte blieb.

Hipparchus setzte der Theorie des Aristarchos ein Ende, indem er sagte, dass das geozentrische Modell die Beobachtungen besser erkläre als das Modell des Aristarchos. Daher wird ihm oft vorgeworfen, er habe den astronomischen Fortschritt zurückgeworfen, indem er die falsche erdzentrische Sichtweise favorisierte. Dies ist jedoch ein Risiko, das jedes Genie umgibt, zwei Seiten derselben Medaille: Wenn sie richtig liegen, können sie eine Revolution des Wissens auslösen, und wenn sie falsch liegen, können sie das Wissen für Jahrhunderte einfrieren.

Das aristotelische Modell wurde durch die Einführung zweier geometrischer Werkzeuge „gerettet“, die von Apollonius von Perga um 200 v. Chr. geschaffen und von Hipparchus perfektioniert wurden. Die herkömmlichen Kreise wurden durch exzentrische Kreise ersetzt. In einem exzentrischen Kreis bewegten sich die Planeten wie üblich in einer gleichmäßigen Kreisbewegung um die Erde, aber unser Planet war nicht der Mittelpunkt des Kreises, sondern versetzt zum Mittelpunkt. Auf diese Weise konnten die Geschwindigkeitsänderungen der Planeten und auch die Helligkeitsänderungen berücksichtigt werden: Die Planeten bewegten sich schneller und auch heller, wenn sie näher an der Erde waren, und langsamer und auch schwächer, wenn sie sich auf der anderen Seite ihrer Bahn befanden. Apollonius entwickelte ein zusätzliches Hilfsmittel, den Epizyklus, eine Umlaufbahn innerhalb einer Umlaufbahn (der Mond dreht sich um die Erde und die Erde um die Sonne, oder anders gesagt, der Mond bewegt sich in einem Epizyklus um die Sonne). Dieses Gerät konnte auch Helligkeits- und Geschwindigkeitsänderungen erklären, und es konnte auch die rückläufigen Bewegungen der Planeten erklären, die den meisten griechischen Astronomen ein Rätsel waren.

Der Almagest

Zwischen Hipparchos und Ptolemäus‘ Almagest liegen drei Jahrhunderte. Einige Gelehrte haben behauptet, dass diese Zeit eine Art „dunkles Zeitalter“ für die griechische Astronomie war, während andere Gelehrte glauben, dass der Triumph des Almagest alle früheren astronomischen Werke auslöschte. Diese Debatte ist überflüssig, da die Bedeutung eines wissenschaftlichen Werks oft an der Zahl der früheren Werke gemessen wird, die es überflüssig macht.

Der Almagest ist ein kolossales Werk über Astronomie. Es enthält geometrische Modelle in Verbindung mit Tabellen, mit denen die Bewegungen der Himmelskörper auf unbestimmte Zeit berechnet werden konnten. Alle griechisch-babylonischen astronomischen Errungenschaften sind in diesem Werk zusammengefasst. Es enthält einen Katalog mit über 1.000 Fixsternen. Die Kosmologie des Almagest sollte die westliche Astronomie in den kommenden 14 Jahrhunderten dominieren. Obwohl sie nicht perfekt war, war sie doch genau genug, um bis zur Renaissance akzeptiert zu werden.

Ptolemäus war eigentlich mehr Astrologe als Astronom: Zu seiner Zeit gab es keine scharfe Trennung zwischen dem obskuren Geschäft der Astrologie und der Wissenschaft der Astronomie. Astronomische Beobachtungen waren lediglich ein Nebeneffekt des Wunsches von Ptolemäus als Astrologe, die Positionen der Planeten jederzeit zu kennen und vorhersehen zu können. Außerdem war Ptolemäus der Autor des Tetrabiblos, eines klassischen Werks über Astrologie.

Die von Hipparchus und Apollonius entwickelten Hilfsmittel ermöglichten eine ausreichende Beobachtungsgenauigkeit und förderten den Fortschritt des geozentrischen Modells, aber ein vollständiger Erfolg konnte nie erreicht werden. Ptolemäus fügte noch ein weiteres Hilfsmittel hinzu, um den „Schein“ des Modells zu retten: den Äquantenpunkt. Der Äquantpunkt war der Punkt, der der exzentrischen Erde symmetrisch gegenüberlag, und der Planet musste sich auf seiner Umlaufbahn so bewegen, dass er sich aus der Perspektive des Äquantenpunkts gleichmäßig über den Himmel zu bewegen schien. Da der Äquant vom Mittelpunkt der Bahn versetzt war, mussten die Planeten ihre Geschwindigkeit variieren, um diese Anforderung zu erfüllen. Kurz gesagt, da einige Grundannahmen des kosmologischen Modells falsch waren (die Vorstellung vom Erdmittelpunkt, die perfekten Kreisbahnen usw.), mussten fragwürdige und komplizierte Vorrichtungen (exzentrische Kreise, Epizykel, Äquanten usw.) hinzugefügt werden, um Ungereimtheiten zu vermeiden oder zumindest zu minimieren. Am Ende scheiterte das ptolemäische Modell nicht nur an seinen Ungenauigkeiten, sondern vor allem an seiner mangelnden Einfachheit. Als die sonnenzentrierte Hypothese von Kopernikus im 16. Jahrhundert n. Chr. veröffentlicht wurde, gewann sie an Popularität, nicht weil sie genauer war, sondern weil sie viel einfacher war und nicht all die übermäßig komplizierten Vorrichtungen benötigte, die Ptolemäus verwenden musste.

Legacy

Die Leistungen der Griechen in der Kunst, der Politik und sogar in der Philosophie können je nach persönlichem Geschmack beurteilt werden, aber was sie in der Astronomie erreicht haben, steht völlig außer Frage. Sie entwickelten nicht nur ein ausgezeichnetes astronomisches Wissen, sondern sie nutzten auch erfolgreich astronomische Daten, die sie von der ägyptischen, babylonischen und chaldäischen Astronomie erhielten, und schafften es, diese mit ihrem eigenen Wissen zu verschmelzen. Selbst wenn sie falsche Annahmen trafen, bewiesen sie eine einzigartige Kreativität bei der Entwicklung von Vorrichtungen, um ihre Fehler zu vermeiden. Während des Aufstiegs der modernen Wissenschaft sah die Welt erst in der Renaissance Denker mit ausreichender astronomischer Kompetenz, um die Vorstellungen der antiken griechischen Astronomie in Frage zu stellen.