Astronomie

Heliozentrisches Weltbild

In diesem Beitrag beschäftigen wir uns mit dem heliozentrischen Weltbild. Du erfährst unter anderem erfahren, was genau dieses Weltbild besagt.

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Inhaltsübersicht

Heliozentrisches Weltbild einfach erklärt

Im heliozentrischen Weltbild wird die Sonne im Mittelpunkt gestellt. Um sie bewegen sich die anderen Himmelskörper.

Nach Kopernikus sind die Umlaufbahnen der Planeten Kreise, deren Mittelpunkt die Sonne ist. Die Fixsterne sind an einer äußeren Kugelschale gebunden.

Die kreisförmigen Umlaufbahnen führten aber zu Fehlern zwischen den beobachteten und berechneten Planetenbewegungen. Kepler entschloss sich daher andere geometrische Formen zu verwenden, unter anderem die Ellipse. Durch diese Entscheidung erreichte Kepler zentrale Ergebnisse, die das heliozentrische Weltbild unterstützten. 

Mit dem physikalischen Erklärungen durch Newton kam das Weltbild nach Kepler der heutigen Anschauung bedeutend näher. 

Heliozentrisches Weltbild Geschichte

In diesem Abschnitt schauen wir uns an, wie sich das heliozentrische Weltbild entwickelt hat. 

Heliozentrisches Weltbild Aristarch

Eine der ersten Personen, die sich über ein heliozentrisches Weltbild Gedanken machten, war der griechische Astronom und Mathematiker Aristarch von Samos. Bereits im dritten Jahrhundert vor Christus vermutete Aristarch, dass sich die Planeten um die Sonne drehen.  

Diese Vermutung stand im Widerspruch zur damals etablierten Anschauung, dass die Erde im Zentrum von allem steht – dem sogenannten geozentrischen Weltbild.%Verlinkung 

Heliozentrisches Weltbild Kopernikus

Es dauerte etwa 18 Jahrhunderte bis die Ideen von Aristarch zur Inspiration des Astronoms Nikolaus Kopernikus wurden. 

Merke: Kopernikus‘ heliozentrisches Weltbild (auch Kopernikanisches Weltbild)

Die Sonne steht ruhend im Zentrum des Universums. Um ihr bewegen sich alle anderen Planeten, einschließlich der Erde, auf Kreisbahnen. Die Fixsterne sind an einer ruhenden Kugelschale gebunden.

Kopernikus übernahm die Vorstellung von Kreisbahnen aus dem geozentrischen Weltbild von Plato, Aristoteles und Eudoxos.

% Abbildung 1 aus Videoskript einfügen.

Sein Weltbild änderte nicht nur die Anschauung über unsere Position im Universum, sondern trug auch zu wichtigen wissenschaftlichen Errungenschaften bei. Eine solche Errungenschaft ist die Gravitationstheorie nach Newton. 

Durch Kopernikus‘ heliozentrisches Weltbild wurde klar, dass das Prinzip von Aristoteles, nach dem Gegenstände immer in Richtung des Zentrums des Universums fallen, falsch schein muss. Da nun die Sonne im Zentrum steht, würde beispielsweise ein Stein, den du hochwirfst, nicht Richtung Boden fallen, sondern zur Sonne hin beschleunigt werden. Sowas wurde aber nicht beobachtet. 

Wenn also Kopernikus‘ heliozentrisches Weltbild akzeptiert wird, muss auch akzeptiert werden, dass das Prinzip von Aristoteles falsch ist. Folglich muss eine neue Theorie entwickelt werden, die das tägliche Fallen von Gegenständen erklärt. Diese neue Theorie ist heute als die Gravitationstheorie von Newton bekannt.

Heliozentrisches Weltbild Kepler

Das heliozentrische Weltbild nach Kopernikus kam der heutigen Vorstellung des Sonnensystems deutlich näher als seine Vorgänger. Er konnte sich aber nicht von der Anschauung trennen, dass sich die Planeten auf Kreisbahnen bewegen.

Beim Versuch die zu dieser Zeit verfügbaren astronomischen Daten mit einem mathematischen Modell zu beschreiben, stellte Johannes Kepler fest, dass Kreise und Kugeln dafür nicht geeignet waren. Die Verwendung dieser geometrischen Formen führte zu Fehlern zwischen den berechneten Bahnen und den gemessenen Daten, die nicht ignoriert werden konnten.

Um bessere Ergebnisse zu erzielen, entschloss sich Kepler eine andere geometrische Form zu verwenden – das Oval. Mit diesen eiförmigen Design für die Planetenbewegungen konnte er zufriedenstellende Ergebnisse für die Bewegung der Erde um die Sonne erzielen.

Diese geometrische Form versuchte er auch für die Bewegung des Planeten Mars zu verwenden. Jedoch scheiterte auch dieser Versuch. Schließlich entschloss sich Kepler dazu, Ellipsen als das geometrische Design für die Planetenbewegung zu verwenden. Das führte zum Erfolg und zu einem Gesetz, das heute als das erste Keplersche Gesetz bekannt ist. 

Merke: Erstes Keplersches Gesetz

Die Umlaufbahnen der Planeten sind Ellipsen mit der Sonne in einem Brennpunkt.

% Abbildung 2 aus Videoskript einfügen.

Geozentrisches und Heliozentrisches Weltbild

In diesem Abschnitt geben wir zunächst einen kurzen Vergleich zwischen diesen beiden Weltbildschema. Anschließend schauen wir uns an, mit welchen Problemen das geozentrische Weltbild konfrontiert war und wie das heliozentrische Weltbild diese lösen konnte.

Geozentrisches vs. Heliozentrisches Weltbild

Unabhängig von der Form der Umlaufbahnen unterscheiden sich die beiden Weltbilder in einem zentralen Aspekt: Der Stellung der Erde. Während das geozentrische Weltbild davon ausgeht, dass sich die Erde im Mittelpunkt befindet, ist beim heliozentrischen Weltbild die Sonne das Zentrum.

Bis auf die etwas moderneren Versionen des heliozentrischen Weltbilds, haben die beiden Weltanschauung viele Gemeinsamkeiten

(1) Vor Kepler wurde bei beiden Weltbildern angenommen, dass sich die Planeten auf Kreise bewegen;

(2) Die Planeten und Sterne bewegten sich aber nicht frei auf Kreisbahnen, sondern waren an Kugelschalen gebunden, die diese Himmelskörper mit sich zogen;

(3) Es herrschte eine Trennung des Universums in einem irdischem und himmlischen Teil (Newton beendete diese Unterteilung durch seine Theorie der Gravitation).

% Abbildung 3 aus Videoskript einfügen.

Merkur und Venus

Die Planeten Merkur und Venus können nur tagsüber beobachtet werden. Das liegt im Widerspruch zum geozentrischen Weltbild, nach dem es auch nachts möglich sein sollte, diese beiden Planeten zu sehen.

Ein heliozentrisches Weltbild löst dieses Problem, denn hier befinden sich die beiden Planeten innerhalb der Umlaufbahn der Erde. Folglich ist es nicht möglich, den Merkur oder die Venus zu beobachten, ohne das die Sonne im Hintergrund leuchtet.

Das geozentrische Weltbild konnte erst durch eine komplizierte Modifikation durch Tycho Brahe dieses Problem lösen.

Schleifenbewegung

Bereits im antiken Griechenland konnten die merkwürdigen Schleifenbewegungen der Planeten beobachtet werden. Es schien, als ob sich die Planeten für eine bestimmte Zeit rückwärts bewegen würden.

Im heliozentrischen Weltbild lässt sich diese Beobachtung leicht mit einer Analogie erklären: Wenn du mit deinem Fahrrad beispielsweise deinen Freund überholst, der ebenfalls mit einem Fahrrad fährt, dann sieht es für eine bestimmte Zeit so aus, als würde dein Freund rückwärts fahren. Das gleiche passiert bei der Planetenbewegung: Wenn die Erde einen Planeten überholt, so scheint dieser Planet von der Erde aus sich rückwärts zu bewegen.

Das geozentrische Weltbild lässt eine Erklärung erst dann zu, wenn zusätzlich zur Kreisbewegung weitere Kreise eingeführt werden, auf denen sich die Planeten bei der Wanderung um die Erde bewegen.

Helligkeitsschwankung

Die Planeten erscheinen mal heller und mal dunkler; ihre Helligkeit schwankt also hin und her. 

Ein heliozentrisches Weltbild ermöglicht eine leichte Erklärung dieser Beobachtung: Aufgrund der Bewegung aller Planeten um die Sonne, ist die Entfernung zwischen der Erde und den anderen Himmelskörpern mal geringer (der Planet erscheint heller) und mal höher (der Planet erscheint dunkler).

Auch diese Beobachtung konnte das geozentrische Weltbild nur durch die Modifikationen durch Tycho Brahe erklären.

Heutiges Weltbild

Insgesamt kann ein heliozentrisches Weltbild viele Beobachtungen deutlich leichter erklären als ein geozentrisches Weltbild.

Mit dem Weltbild nach Kepler und dem Gravitationsgesetz von Newton konnten viele Beobachtungen im Kosmos erklärt werden. Mit der Zeit wuchs die Anzahl an Planeten, die die Sonne umkreisen, von anfänglich sechs auf acht Planeten. Zusätzlich wurde beobachtet, dass nicht nur unsere Erde von einem Mond umkreist wird, sondern auch andere Planeten wie der Jupiter oder Saturn.

% Abbildung 4 und 5 aus dem Videoskript einfügen.

Nach und nach wurde auch festgestellt, dass die Sonne nicht das Zentrum des Universums ist. Unser Sonnensystem befindet sich in einer Galaxie mit dem Namen Milchstraße. Die Betonung liegt hier auf „einer“, denn es gibt viele weitere Galaxien. Das allein macht das Auffinden des „richtigen“ Zentrums schwierig. Nach der Relativitätstheorie von Einstein gibt es aber keinen Punkt im Raum, der die Bezeichnung „absolutes Zentrum“ würdig wäre. Da heute von den meisten Wissenschaftlern die Theorie von Einstein akzeptiert wird, hat das Auffinden dieses Zentrums keine Bedeutung mehr.

% Abbildung 6 aus Videoskript einfügen.

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