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Physik
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Astronomie der Antike

Der hohe Rang des Sonnenjahres machte auch Hilfsmittel zu dessen Bestimmung erforderlich. Eines der ersten stellt sicherlich der Gnomon, ein schattenwerfender Stab, dar. Er wird ab dem 7. Jahrhundert v. Chr. in babylonischen und chinesischen Quellen erwähnt. Der Gnomon diente vor allem, der Feststellung der Mittagszeit. Zu dieser Zeit steht die Sonne am höchsten und der Schatten des Stabes ist somit am kürzesten. Zur genaueren Messung des Mittags benötigt man eine Mittagslinie. Diese erhält man, indem man von Sonnenauf- bis Sonnenuntergang gleich lange Schatten markiert und verbindet. Durch Halbieren der entstandenen Linien und Verbinden der Mittelpunkte untereinander und mit dem Fußpunkt des Gnomons erhält man die Mittagslinie, die genau von Norden nach Süden verläuft, da die Sonne ihren Höchststand immer genau im Süden hat. Durch Projektion dieser Mittagslinie an das Himmelsgewölbe erhält man einen Großkreis, der vom Himmelsnordpol über den Himmelsäquator zum Himmelssüdpol verläuft, den Meridian.

Gnomone gibt es überall auf der Welt. Die größten ihrer Art stellen sicherlich die Obelisken dar. Selbst kleine Obelisken erlaubten die Feststellung der Mittagszeit auf einige Minuten genau, was für die damalige Zeit völlig ausreichend war. Obelisken stellten somit die ersten öffentlichen Uhren dar.

Eine genauere Messung erlaubt das Abbild der Sonne innerhalb eines Gebäudes. So befindet sich zum Beispiel in der Südwand der 1468 errichteten Kathedrale zu Florenz in 90m Höhe ein Loch, das ein Abbild der Sonne in der Kathedrale erlaubt. Das kleine Sonnenbild wandert so schnell, dass sich der Mittag bis auf wenige Sekunden genau erfassen lässt.

Allerdings beobachteten bereits die Babylonier anhand der unterschiedlichen Schattenlängen zur Mittagszeit, dass sich die Sonne nicht auf dem Himmelsäquator entlang bewegt, sondern je nach Jahreszeit andere Wege benutzt. Im Frühling und Herbst wähnten sie die Sonne auf dem Anuweg (um den Himmelsäquator), im Sommer auf dem Enlilweg (oberhalb des Himmelsäquators) und im Winter auf dem Eaweg (unterhalb des Himmelsäquators). Diese Neigung der scheinbaren Sonnenbahn wird Ekliptik genannt. Die Ekliptik lässt sich auch mit dem Gnomon ermitteln, indem man die Differenz des Sonnenhöchststandes zur Sommersonnenwende und Wintersonnenwende halbiert. Anaximandros (um 611 - 546 v. Chr.) stellte diesen Wert bereits mit 24 fest. Mit heutigen Methoden hat man ihn auf 2340,5' festgestellt.

Der Gnomon ist zudem die Grundlage der Sonnenuhr. Bei der Äquatorialsonnenuhr weist der Schattenstab zum Himmelsnordpol und das Ziffernblatt mit einer Einteilung in zwölf Stunden liegt in der Ebene. Dennoch ergeben sich sehr große Zeitunterschiede, da beispielsweise für Berlin die kürzeste Stunde (im Winter) eine Länge von 38 Minuten und die längste Stunde (im Sommer) eine Länge von 84 Minuten besitzt. Aus diesem Grunde führten bereits die Babylonier gleichlange Stunden mit dem Namen beru ein, die ein Vierundzwanzigstel der Länge des Sonnentages zu den Tag- und Nachtgleichen umfasst.

Nach der Erforschung der Sonnen- und Mondbewegung brauchte man zur Erforschung anderer Himmelskörper neue Beobachtungsinstrumente, da hier der Schattenstab wegen der geringen Leuchtkraft nicht zu gebrauchen war. Außerdem wollte man jetzt den Winkelabstand der Sterne zueinander bestimmen, wozu man zuerst sicherlich nur den Daumen oder Handrücken als Hilfsmittel benutzte. Zu diesem Zweck entwickelte man schon sehr früh den Dreistab, das Triquetrum und die Armillasphäre, das Himmelsgerüst. Das Triquetrum stellt eine Stabkonstruktion dar mit der man den Winkel zwischen zwei Sternen ermitteln konnte, während die Armillasphäre eine Nachbildung des Koordinatensystems am Himmel darstellt, über das man Sterne anpeilen und somit ihre Position bestimmen konnte.

astronomische Messinstrumente
astronomische Messinstrumente - Dreistab (oben), Armillasphäre (links) und Astrolabium (rechts)

Der erste uns bekannte Sternenkatalog, der des Hipparch (um 190 - um 125 v. Chr.) mit 1022 Sternen wurde auf diese Weise mit einer Armillasphäre erstellt.

Eines der Ergebnisse der Himmelsbeobachtung seit dem 2. Jahrtausend v. Chr. ist die Einführung des Julianischen Kalenders, dessen Grundlage eine Jahreslänge von 365,25 Tagen bildet und der somit mit einem vierjährigen Schaltjahreszyklus arbeitet. Den Höhepunkt antiker Astronomie stellt jedoch der Almagest, ein Buch des Astronomen Claudios Ptolemaios dar, das auf jahrhundertelanger griechischer Forschung aufbaut und um 140 n. Chr. entstand. Dieses Werk definiert das geozentrische Weltbild mit der unbeweglichen Erde im Mittelpunkt. Die Fixsterne werden hierbei als Objekte betrachtet, die an einer weit entfernten Kugelschale befestigt sind, die sich in 24 Stunden einmal um die Erde dreht. In diesem System ist allerdings die Erklärung der Planetenbewegung schwierig, da diese sich weder mit konstanter scheinbarer Geschwindigkeit noch immer in dieselbe Richtung bewegen. Da die Planeten jedoch als göttliche Erscheinungen betrachtet wurden, durften sie sich auch nur auf einer perfekten geometrischen Figur, dem Kreis, bewegen. Die Lösung dieses Problems stellen die von Ptolemaios eingeführten Epizykel dar. Er nahm an, dass sich jeder Planet auf einem Kreis, dem Epizykel, bewegt, dessen Mittelpunkt die Peripherie eines Kreises um die Erde, dem Deferenten, ist. Ihm gelang es auch die Winkelgeschwindigkeiten von Epizykel und Deferent, sowie Durchmesser und Lage der Kreise so abzustimmen, dass die Berechnungen genau den bekannten Beobachtungen entsprachen. Allerdings musste auf diese Weise für jeden Planeten eine eigene Theorie ausgearbeitet werden. Der Grund dieser Übereinstimmung ist in der Fourier-Analyse dargestellt, die im 19. Jahrhundert von dem französischen Mathematiker Jean Baptiste Joseph Fourier angefertigt wurde und besagt, dass sich jede periodisch ablaufende Bewegung als die Summe mehrerer Sinusschwingungen darstellen lässt, ähnlich wie es Ptolemaios ohne es zu wissen getan hatte. Der lange Bestand dieses Systems lässt sich nur mit dem Mangel an neuen und besseren Beobachtungsinstrumenten, sowie mit der Verankerung des geozentrischen Weltbildes in die Ideologie des Christentums erklären.

 

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Copyright © 2000 Sven Döring