Mechanik

Weltbilder, KEPLERsche Gesetze

Geozentrisches Weltsystem - Epizyklen

  • Wussten die alten Griechen, dass sich die Erde um die Sonne dreht?
  • Warum sprechen wir von der Kopernikanische Revolution?
  • Nach welchen Gesetzen bewegen sich die Planeten?

Geozentrisches Weltsystem - Epizyklen

Die griechischen Philosophen, unter ihnen die wesentlichen Repräsentanten Aristoteles und Ptolemäus nahmen an, dass sämtliche Himmelskörper auf durchsichtigen Kristallkugeln befestigt sind, die sich in idealen Kreisbewegungen mit unterschiedlicher aber konstanter Winkelgeschwindigkeit bewegen.
Dabei gab es primäre Kristallkugeln, deren gemeinsamer Mittelpunkt die Erde ist und deren gegenseitige Lage die nebenstehende Grafik nicht maßstabsgerecht und nicht vollständig zeigt.

  • Mit dem oben beschriebenen, sehr einfachen - Modell konnte jedoch nicht verstanden werden, warum Planeten (sehr deutlich Mars und Venus) Schleifenbahnen vor dem Sternenhintergrund durchführen, bei denen sich ihre normale Bewegung von West nach Ost vor dem Sternenhintergrund auch einmal umkehrt (retrograde Bewegung).
  • Auch die periodischen Helligkeitsschwankungen der Planeten waren dadurch nicht zu erklären.

Die Epizyklenbewegung und die Planetenbewegung

Diese beiden wohlbekannten Phänomene der Planetenbewegung lösten die griechischen Astronomen (insbesondere Eudoxos hatte hier große Verdienste), indem sie sekundäre Kristallkugeln einführten, an denen der Planet befestigt war und die um einen festen Punkt der primären Kugel kreisten, der seinerseits mit fester Winkelgeschwindigkeit um die Erde kreist. Auf diese Weise ergaben sich insgesamt 55 Kristallkugeln. Diese Kreise wurden Epizyklen genannt und die konzentrischen Sphären, an denen sie aufgehängt waren, nannte man Deferenten (Trägerkreise).
Mit Hilfe der Epizyklenbewegung und der Projektion der Beobachtungsrichtung auf den Sternenhintergrund lassen sich die Schleifenbahnen erklären, wie die nebenstehende Animation zeigt..
Manchmal reichte zur exakten Bahnbeschreibung ein Epizyklus nicht aus und es wurde deshalb ein Epizyklus auf dem Epizyklus angebracht, wie nebenstehende Graphik verdeutlicht. Das Verdienst von Ptolemäus ist es, durch viele "geometrische Tricks" (z.B. auch Verlagerung des Mittelpunkts des Trägerkreises aus dem Erdmittelpunkt) die Vorhersagen des Modells an die Beobachtungsdaten anzupassen.

Wichtige Eigenschaften des Weltbildes nach Ptolemäus:

  1. Die Erde ist der Mittelpunkt der Welt (geozentrisches System)
  2. Das kugelförmige Himmelsgewölbe dreht sich mit den daran befestigten Sternen von Osten nach Westen täglich einmal mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um die Erde.
  3. Sonne, Mond und die Planeten machen die tägliche Drehung von Ost nach West mit, sie führen aber außerdem noch weitere komplizierte Bewegungen aus.
  4. Die Sonne umkreist die Erde in ein Jahr.
  5. Die Ebene, in der die Sonne kreist heißt Ekliptik. Die Ekliptikebene bildet mit der Äquatorebene des Himmelsgewölbes einen Winkel von 23,5°. In der Ekliptikebene kreisen auch der Mond und die Planeten.
  6. Der Mond läuft auf einer Kreisbahn um die Erde.
  7. Die Planeten bewegen sich auf Epizyklen, deren Mittelpunkte auf Deferenten um die Erde laufen (im einfachsten Modell).
  8. Die Himmelskörper sind aus perfektem Material (quinta essentia), das seine vorgegebenen Eigenschaften (z.B. die Helligkeit) nicht ändert.

Diese Annahmen sind aus heutiger Sicht nicht richtig. Bei der damaligen begrenzten Beobachtungsgenauigkeit war das ptolemäische Modell jedoch gut in der Lage die Planetenpositionen vorherzusagen. Erst genauere Messmethoden zeigten, dass Kreisbahnen die Wirklichkeit nicht genau genug beschrieben. Nicht die Frage, der geozentrischen oder heliozentrischen Anschauung gab den Ausschlag zu Gunsten der späteren, keplerschen Berechnungsmethode sondern die Annahme, dass die Planeten sich auf Ellipsen mit veränderlicher Geschwindigkeit und nicht auf Kreisen mit konstantem Geschwindigkeitsbetrag bewegen.

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