1. Alte Kulturen beobachteten den Himmel
Der Nachthimmel ist von Natur aus dunkel und in der Antike gab es keine Lichtverschmutzung. Wenn das Wetter es zulässt, können Sie leicht viele Sterne sehen. Sie müssen nichts über Sonne und Mond erzählen.
Alte Menschen hatten gute Gründe, den Nachthimmel zu studieren. In vielen Kulturen und Zivilisationen wurden Sterne (und auch Sonne und Mond) als religiös, legendär, vorgeburtlich oder magisch (Astrologie) wahrgenommen, so dass sich viele Menschen für sie interessierten. Es dauerte nicht lange, bis jemand (in Wirklichkeit viele verschiedene Menschen unabhängig voneinander in vielen Teilen der Welt) einige nützliche Muster in den Sternen sah, die für die Navigation, Lokalisierung, das Zählen von Stunden, das Zählen von Tagen und das Zuordnen von Tagen zu Jahreszeiten nützlich waren usw. Und natürlich waren diese Muster in den Sternen auch mit der Sonne und dem Mond verbunden.
Sicherlich hatten alle alten Kulturen Menschen, die viele Nächte ihres Lebens damit verbracht haben, die Sterne seit der Steinzeit im Detail zu studieren. Sie würden auch Meteoriten (Sternschnuppen) und Finsternisse wahrnehmen. Und manchmal ein sehr seltener und spektakulärer Komet.
Dann gibt es die Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn. Es ist ziemlich leicht zu bemerken, dass sie sich von den Sternen unterscheiden, da alle Sterne in der Himmelssphäre fixiert zu sein scheinen, die Planeten jedoch nicht. Es ist sehr leicht zu bemerken, dass sie im Laufe der Tage am Himmel herumwandern, speziell für die Venus, die der hellste "Stern" am Himmel ist und auch ein beeindruckender Wanderer. Angesichts all dessen werden sich die alten Menschen dieser fünf Planeten sicherlich sehr bewusst.
Über Merkur dachten die Griechen anfangs, Merkur sei zwei Körper, einer, der erst wenige Stunden vor Sonnenaufgang am Morgen und einer nur wenige Stunden nach Sonnenuntergang auftauchte. Bald stellten sie jedoch fest, dass es sich tatsächlich nur um einen Körper handelte, da an einem bestimmten Tag entweder der eine oder der andere (oder keiner) gesehen werden konnte und die berechnete Position des unsichtbaren Körpers immer mit der Position des gesehenen Körpers übereinstimmte.
2. Die Erde scheint rund zu sein
Schon in der Steinzeit, bereits in der Antike, stellten Seefahrer und Kaufleute, die große Entfernungen zurücklegten, fest, dass die Sonnenauf- und -untergangspunkte nicht nur aufgrund der saisonalen Schwankungen, sondern auch entsprechend dem Standort variieren konnten. Auch der Abstand vom Polarstern zur Horizontlinie variiert entsprechend dem Standort. Diese Tatsache prangert die Existenz des Konzepts an, das heutzutage als Breitengrad bekannt ist, und dies wurde von alten Astronomen an Orten wie Griechenland, Ägypten, Mesopotamien und China wahrgenommen.
Astronomen und Menschen, die von der Astronomie abhängig sind (wie Navigatoren), würden sich fragen, warum die Entfernung vom Polarstern zum Horizont unterschiedlich war, und eine Möglichkeit bestand darin, dass die Erde rund sein würde. Die Registrierung verschiedener Sonnenwinkel an verschiedenen Orten der Welt an einem bestimmten Tag und zu einer bestimmten Stunde gibt auch einen Hinweis darauf, dass die Erde rund ist. Der Schatten auf dem Mond während einer Mondfinsternis gibt auch einen Hinweis darauf, dass die Erde rund ist. Dies allein ist jedoch kein Beweis dafür, dass die Erde rund ist, so dass die meisten Menschen auf eine andere einfachere Sache wetten würden oder sich einfach nicht für dieses Phänomen interessieren.
Die meisten Kulturen in der Antike nahmen an, dass die Welt flach war. Die Idee, dass die Welt rund ist, existiert jedoch seit dem alten Griechenland. Im Gegensatz zu dem populären modernen Missverständnis glaubte im Mittelalter fast kein gebildeter Mensch in der westlichen Welt, dass die Welt flach sei .
Über die Größe der Erde berechnete Erasthotenes im antiken Griechenland durch Beobachtung verschiedener Sonnenpositionen und Schattenwinkel in verschiedenen Teilen der Welt erstmals im dritten Jahrhundert vor Christus die Größe der Erde und den Abstand zwischen Erde und Sonne korrekt Aufgrund der Verwirrung über all die verschiedenen und inkonsistenten Maßeinheiten, die damals existierten, und der Schwierigkeit, lange Land- und Seedistanzen genau abzuschätzen, blieben Verwirrung und Ungenauigkeit bis in die Neuzeit bestehen.
Alte Kulturen fanden auch heraus, dass der glänzende Teil des Mondes von der Sonne beleuchtet wurde. Da der Vollmond auch um Mitternacht leicht zu sehen ist, bedeutet dies, dass die Erde nicht unendlich ist. Die Tatsache, dass der Mond in einem abgerundeten Schatten genau auf der gegenüberliegenden Seite des Himmels wie die Sonne eintritt, impliziert auch, dass es sich um den Schatten der Erde auf dem Mond handelt. Dies impliziert auch, dass die Erde deutlich größer als der Mond ist.
3. Geozentrismus
Die Menschen beobachteten also Sonne, Mond, Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn und die feste Sternenkugel, die sich alle um den Himmel drehten. Sie dachten natürlich, dass die Erde das Zentrum des Universums sein würde und dass sich all diese Körper um die Erde drehten. Dies gipfelte in der Arbeit des Philosophen Claudius Ptolemaeus über Geozentrismus .
Obwohl wir jetzt wissen, dass das ptolomäische geozentrische Modell grundlegend falsch ist, könnte es verwendet werden, um die Position der Planeten, der Sonne, des Mondes und der Himmelskugel der Sterne mit einer zu dieser Zeit akzeptablen Genauigkeit zu berechnen. Es umfasste die Beobachtung von Geschwindigkeitsschwankungen der Planeten, retrograde Bewegungen und auch die Kopplung von Merkur und Venus an die Sonne, so dass sie niemals sehr weit davon entfernt sein würden. Basierend auf der Geschwindigkeit der Bewegung dieser Körper am Himmel sollte das Universum so etwas wie:
- Erde im Zentrum.
- Mond umkreist die Erde.
- Merkur umkreist die Erde weiter als der Mond.
- Venus umkreist die Erde weiter als Merkur.
- Sonne umkreist die Erde weiter als die Venus.
- Mars umkreist die Erde weiter als die Sonne.
- Jupiter umkreist die Erde weiter als der Mars.
- Saturn umkreist die Erde weiter als Jupiter.
- Die Himmelskugel der Sterne, die sich um die Erde dreht und die äußerste Kugel ist.
Tatsächlich ist das ptolomäische Modell ein sehr kompliziertes Modell, viel komplizierter als die kopernischen, keplerischen und newtonschen Modelle. Dies könnte insbesondere mit Software verglichen werden, die auf stark fehlerhaften Konzepten basiert, aber aufgrund vieler komplexer, verwickelter und unerklärlicher Hacks und Kludges, die nur dazu dienen, das Ding zum Laufen zu bringen, immer noch funktioniert.
4. Die Entdeckung Amerikas
Marco Polo war in den letzten Jahren des 12. Jahrhunderts der erste Europäer, der nach China und zurück reiste und eine detaillierte Chronik seiner Erfahrungen hinterließ. So konnte er den Europäern viel Wissen darüber vermitteln, was in Zentralasien, Ostasien, Indien, China, der Mongolei und sogar Japan existierte. Vor Marco Polo waren den Europäern nur sehr wenige darüber bekannt, was dort existierte. Dies hat die europäischen Kartographen, Philosophen, Politiker und Seefahrer in den kommenden Jahren stark inspiriert.
Portugal und Spanien führen einen jahrhundertelangen Krieg gegen die einfallenden Mauren auf der Iberischen Halbinsel . Die Mauren wurden schließlich 1492 vertrieben. Die beiden Staaten suchten nach so vielen Jahren Krieg nach etwas Profitablem. Da Portugal seinen Teil des Krieges zuerst beendete, hatte es einen Vorsprung und ging zuerst, um die Meere zu erkunden. Sowohl Portugal als auch Spanien versuchten, eine Navigationsroute nach Indien und China zu finden, um hochprofitable Gewürze und Seide zu handeln. Diese konnten nicht mehr effizient auf dem Landweg gehandelt werden, da die Gebiete in Westasien und Nordafrika von muslimischen Kulturen dominiert wurden, die für christliche Europäer unfreundlich waren. Diese Situation wurde nach dem Fall von Konstantinopel im Jahr 1453 nur noch verschlimmert.
Portugal kolonisierte die Atlantikgrenzen Afrikas und erreichte schließlich 1488 (mit Bartolomeu Dias ) das Kap der Guten Hoffnung .
Ein genuesischer Seefahrer namens Cristoforo Colombo glaubte, dass er, wenn er von Europa nach Westen segelte, schließlich von der Ostseite nach Indien gelangen könnte. Inspiriert von Marco Polo und unterschätzt die Größe der Erde, schätzte er die Entfernung zwischen den Kanarischen Inseln und Japan auf 3700 km (tatsächlich sind es 12500 km). Die meisten Seefahrer würden sich nicht auf eine solche Reise wagen, weil sie (zu Recht) glaubten, die Erde sei größer als diese.
Colombo versuchte 1485, den König von Portugal zur Finanzierung seiner Reise zu überreden, doch nachdem er den Vorschlag Experten vorgelegt hatte, lehnte der König ihn ab, weil die geschätzte Reisedistanz zu gering war. Spanien war jedoch nach der endgültigen Vertreibung der Mauren im Jahr 1492 von ihm überzeugt. Colombos Idee war weit hergeholt, aber nach Jahrhunderten von Kriegen mit den Muslimen konnte Spanien schnell profitieren, wenn das funktionierte. Also stimmte der spanische König der Idee zu. Und nur wenige Monate nach der Vertreibung der Mauren schickte Spanien Colombo nach Westen in Richtung Atlantik und erreichte dann die Hispaniola-Insel in Mittelamerika. Nach seiner Rückkehr verbreiteten sich die Nachrichten über die Entdeckung von Ländern auf der anderen Seite des Atlantiks schnell.
Portugal und Spanien teilten dann 1494 die Welt durch den Vertrag von Tordesillas . 1497 erreichte Amerigo Vespucci das amerikanische Festland.
Portugal würde nicht zurückgelassen werden, sie schafften es 1498 (mit Vasco da Gama ) durch Afrika zu navigieren, um Indien zu erreichen . Und sie schickten Pedro Álvares Cabral , der 1500 Brasilien erreichte, bevor er den Atlantik überquerte, um nach Indien zu reisen.
Danach begannen Portugal und Spanien schnell, Amerika zu erkunden und sie schließlich zu kolonisieren. Einige Zeit später kamen auch Frankreich, England und die Niederlande nach Amerika.
5. Die Erde ist rund
Danach entdeckten die Spanier Amerika und ließen sich in Amerika nieder (und Colombos Plan funktionierte tatsächlich nicht). Die Frage, ob es möglich sei, um den Globus zu segeln, um von der Ostseite nach Indien zu gelangen, blieb offen und die Spanier waren immer noch daran interessiert. Sie entdeckten schließlich den Pazifischen Ozean, nachdem sie 1513 die Panama Ishtums auf dem Landweg überquert hatten.
Die spanische Krone war bestrebt, eine Seeroute rund um den Globus zu finden, und finanzierte eine Expedition unter der Leitung des Portugiesen Fernão de Magalhães (oder Magellan, wie sein Name ins Englische übersetzt wurde), um zu versuchen, den Globus zu umrunden. Magellan war ein erfahrener Seefahrer und hatte das heutige Malaysia erreicht, das zuvor durch den Indischen Ozean gereist war. Sie reisten am 20. September 1519 von Spanien ab. Es war eine lange und gründliche Reise, die den meisten Besatzungsmitgliedern das Leben kostete. Magellan selbst überlebte nicht, nachdem er 1521 in einer Schlacht auf den Philippinen gestorben war. Zumindest lebte er genug, um sich darüber im Klaren zu sein, dass sie tatsächlich Ostasien erreichten, indem sie um den Globus nach Westen reisten, was auch beweist, dass die Erde rund ist .
Die Reise wurde schließlich von der Führung von Juan Sebatián Elcano , einem der Besatzungsmitglieder von Magellan, abgeschlossen. Sie erreichten Spanien am 6. September 1522 über den Indischen und Atlantischen Ozean, nachdem sie fast drei Jahre lang eine Strecke von 81449 km zurückgelegt hatten.
6. Heliozentrismus
In der Antike gab es einige heliozentrische oder hybride geoheliozentrische Theorien. Insbesondere vom griechischen Philosophen Philolaus im 5. Jahrhundert vor Christus. Von Martianus Capella um die Jahre 410 bis 420. Und von Aristarchus von Samos um 370 v. Diese Modelle versuchten, die Bewegung der Sterne als Rotation der Erde und die Position der Planeten, insbesondere Merkur und Venus, als Translation um die Sonne zu erklären. Diese frühen Modelle waren jedoch zu ungenau und fehlerhaft, um angemessen zu funktionieren, und das ptolomische Modell war immer noch das Modell mit der besseren Vorhersage der Positionen der Himmelskörper.
Die Idee, dass sich die Erde dreht, war viel weniger revolutionär als der Heliozentrismus, wurde aber bereits im Mittelalter mit Widerwillen mehr oder weniger akzeptiert . Dies geschieht, weil die Sterne, wenn sie sich um die Erde drehen würden, dies mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit tun müssten, um die Sonne, den Mond und die Planeten mit sich zu ziehen. Es wäre also einfacher, wenn sich die Erde selbst drehen würde. Die Menschen fühlten sich mit dieser Idee unwohl, aber sie akzeptierten sie immer noch, und dies wurde leichter zu akzeptieren, nachdem die Sphärizität der Erde ein etabliertes Konzept war.
In den ersten Jahren des 16. Jahrhunderts, als die Portugiesen und Spanier um den Globus segelten, rief ein polnischer und sehr erfahrener Mathematiker und Astronom Nikolaus Kopernikus anEs dauerte einige Jahre, bis ich über die Mechanik der Himmelskörper nachdachte. Nachdem er einige Jahre lang Berechnungen und Beobachtungen durchgeführt hatte, erstellte er ein Modell der Kreisbahnen der Planeten um die Sonne und stellte fest, dass sein Modell viel einfacher als das ptolomäische geozentrische Modell und mindestens genauso präzise war. Sein Modell zeigt auch eine rotierende Erde und Fixsterne. Ferner implizierte sein Modell, dass die Sonne viel größer als die Erde war, was zu diesem Zeitpunkt aufgrund von Berechnungen und Messungen bereits stark vermutet wurde, und implizierte auch, dass Jupiter und Saturn um ein Vielfaches größer als die Erde waren, sodass die Erde definitiv ein Planet sein würde genau wie die anderen fünf damals bekannten Planeten. Dies könnte als der Morgen des Modells angesehen werden, das heute als Sonnensystem bekannt ist.
Aus Angst vor Verfolgung und scharfer Kritik vermied er es, viele seiner Werke zu veröffentlichen, und schickte Manuskripte nur an seine engsten Bekannten. Seine Werke liefen jedoch schließlich durch und er war überzeugt, die vollständige Veröffentlichung trotzdem zuzulassen. Die Legende besagt, dass er an dem Tag, an dem er 1543 starb, seinem endgültig veröffentlichten Werk vorgestellt wurde, damit er in Frieden sterben konnte.
Mitte des 16. Jahrhunderts gab es eine hitzige Debatte zwischen Anhängern und Gegnern der heliozentrischen Theorie von Copernic. Ein Argument für die Opposition war, dass Sternparallaxen nicht beobachtet werden konnten, was implizierte, dass entweder das heliozentrische Modell falsch war oder dass die Sterne sehr weit entfernt waren und viele von ihnen sogar größer als die Sonne sein würden, was eine verrückte Idee zu sein schien damals.
Tycho Brache , der den Heliozentrismus nicht akzeptierte, versuchte in den letzten Jahren des 16. Jahrhunderts, den Geozentrismus mit einem hybriden geo-heliozentrischen Modell zu retten, das die fünf himmlischen Planeten zeigte, die die Sonne umkreisten, während Sonne und Mond die Erde umkreisten. Er veröffentlichte jedoch auch eine Theorie, die die Position des Mondes besser vorhersagte. Zu diesem Zeitpunkt zeigte die Beobachtung einiger Supernovae auch, dass die Himmelssphäre der Sterne nicht genau unveränderlich war.
Im Jahr 1600 lieferte der Astronom William Gilbert ein starkes Argument für die Rotation der Erde, indem er Magnete und Kompasse untersuchte, um zu demonstrieren, dass die Erde magnetisch war, was durch das Vorhandensein enormer Mengen Eisen in ihrem Kern erklärt werden konnte.
7. Mit Teleskopen
Alles, was ich oben geschrieben habe, geschah ohne Teleskope, nur mit Beobachtungen und Messungen mit bloßem Auge rund um den Globus. Fügen Sie jetzt sogar einige kleine Teleskope hinzu, und die Dinge ändern sich schnell.
Die frühesten Teleskope wurden 1608 erfunden . 1609 hörte der Astronom Galieu Galilei davon und baute sein eigenes Teleskop. Im Januar 1610 beobachtete Galieu Galilei mit einem kleinen Teleskop vier kleine Körper, die Jupiter in unterschiedlichen Entfernungen umkreisten, und stellte fest, dass es sich um Jupiters "Monde" handelte. Er konnte auch seine Positionen entlang ihrer Umlaufbahnen vorhersagen und berechnen. Einige Monate später beobachtete er auch, dass die Venus von der Erde aus gesehen Phasen hatte. Er beobachtete auch Saturns Ringe, aber sein Teleskop war nicht stark genug, um sie als Ringe aufzulösen, und er dachte, dass es zwei Monde waren. Diese Beobachtungen waren mit dem geozentrischen Modell nicht kompatibel.
Ein Zeitgenosse von Galilei, Johannes Kepler , der am heliozentrischen Modell von Copernicus arbeitete und viele Berechnungen durchführte, um die unterschiedlichen Umlaufgeschwindigkeiten zu erklären, schuf ein heliozentrisches Modell, bei dem die Planeten die Sonne in elliptischen Umlaufbahnen mit einem Fokus der Ellipse umkreisen Die Sonne. Seine Werke wurden 1609 und 1619 veröffentlicht. Er schlug auch vor, dass Gezeiten durch die Bewegung des Mondes verursacht wurden, obwohl Galilei dem skeptisch gegenüberstand. Seine Gesetze sagten einen Transit von Merkur im Jahre 1631 und von Venus im Jahre 1639 voraus, und ein solcher Transit wurde tatsächlich beobachtet. Ein vorhergesagter Venustransit im Jahr 1631 konnte jedoch aufgrund von Ungenauigkeiten in den Berechnungen und der Tatsache, dass er in weiten Teilen Europas nicht sichtbar war, nicht gesehen werden.
1650 wurde der erste Doppelstern beobachtet. Weiter im 17. Jahrhundert wurden die Saturnringe durch die Verwendung besserer Teleskope von Robert Hooke aufgelöst , der 1664 auch einen Doppelstern beobachtete und Mikroskope zur Beobachtung zellulärer Strukturen entwickelte. Von da an wurde festgestellt, dass viele Sterne doppelt sind. 1655 wurde entdeckt, dass Titan den Saturn umkreist, was dem heliozentrischen Modell mehr Vertrauen verleiht. Weitere vier Saturnmonde wurden zwischen 1671 und 1684 entdeckt.
8. Gravitation
Der Heliozentrismus wurde Mitte des 17. Jahrhunderts einigermaßen akzeptiert, aber die Menschen fühlten sich damit nicht wohl. Warum umkreisen die Planeten die Sonne? Warum umkreist der Mond die Erde? Warum hatten Jupiter und Saturn Monde? Obwohl die Kepler-Mechaniker ihre Bewegung vorhersagen konnten, war immer noch unklar, warum sie sich so bewegen.
Im Jahr 1687 lieferte Isaac Newton , einer der brillantesten Physiker und Mathematiker, die je gelebt haben (obwohl er auch ein unerbittlicher Verfolger seiner Gegner war), die Gravitationstheorie (basierend auf früheren Arbeiten von Robert Hooke). Ideen für die Gravitationstheorie und das inverse Quadratgesetz wurden bereits in den 1670er Jahren entwickelt, aber er konnte eine sehr einfache und klare Theorie für die Gravitation veröffentlichen, die in Physik und Mathematik sehr gut fundiert ist und die Bewegungen der Himmelskörper mit einem großen erklärt Präzision, einschließlich Kometen. Es erklärte auch, warum die Planeten, der Mond und die Sonne kugelförmig sind, erklärte Gezeiten und es diente auch dazu zu erklären, warum die Dinge zu Boden fallen. Dies machte Heliozentrismus definitiv weithin akzeptiert.
Das Newtonsche Gravitationsgesetz sagte auch voraus, dass die Erdrotation sie nicht genau kugelförmig, sondern um den Faktor 1: 230 etwas ellipsoidisch machen würde. Etwas, das mit Maßnahmen übereinstimmte, die 1673 mit Pendeln durchgeführt wurden.
9. Was sind die Sterne und das Sonnensystem?
In den frühen 1700er Jahren erkannte Edmund Halley , der bereits über die Newtonschen Gesetze Bescheid wusste (er war ein Zeitgenosse Newtons), dass Kometen, die in der Nähe der Erde vorbeikamen, irgendwann zurückkehren würden, und stellte fest, dass es alle 76 Jahre einen bestimmten Fall von Sichtungen gab, so dass er es konnte Beachten Sie, dass diese Kometen in Wirklichkeit alle der gleiche Komet waren, der nach ihm benannt ist.
Das einzige verbleibende Problem mit dem heliozentrischen Modell war die fehlende Beobachtung der Parallaxe zu den Sternen. Und niemand wusste genau, was die Sterne waren. Wenn es sich jedoch tatsächlich um sehr weit entfernte Körper handelt, wären die meisten von ihnen viel größer als die Sonne. In der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts nahm James Bradley beim Versuch, die Parallaxe zu beobachten, Phänomene wie die Aberration des Lichts und die Nutation der Erde wahr, und diese Phänomene bieten auch eine Möglichkeit, die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen. Die Beobachtung der Parallaxe blieb jedoch im 18. Jahrhundert eine Herausforderung.
1781 wurde entdeckt, dass Uranus die Sonne jenseits des Saturn umkreist. Obwohl es mit bloßem Auge am dunkelsten Himmel kaum sichtbar war, war es so dunkel, dass es bis dahin der Beobachtung durch Astronomen entging und daher mit einem Teleskop entdeckt wurde. Die ersten Asteroiden wurden auch im frühen 19. Jahrhundert entdeckt. Die Untersuchung von Pertubationen auf der Uranus-Umlaufbahn aufgrund der vorhergesagten Newtonschen und Kepler-Bewegung führte schließlich 1846 zur Entdeckung von Neptun.
1838 konnte der Astronom Friedrich Wilhelm Bessel, der die Position von mehr als 50000 Sternen mit größtmöglicher Präzision maß, endlich die Parallaxe des Sterns 61 Cygni erfolgreich messen, was bewies, dass es sich bei den Sternen tatsächlich um sehr entfernte Körper und viele von ihnen handelte Sie waren tatsächlich größer als die Sonne. Dies zeigt auch, dass die Sonne ein Stern ist. Die Parallaxen von Vega und Alpha Centauri wurden 1838 ebenfalls erfolgreich gemessen. Ferner erlaubten diese Messungen, die Entfernung zwischen diesen Sternen und dem Sonnensystem auf etwa Billionen Kilometer oder mehrere Lichtjahre zu schätzen.