Sonnensystem (nur 6 Planeten abgebildet) von der NASA und Kepler von einem unbekannten Künstler via Wikimedia Commons.
Der 27. Dezember 1571. Heute vor 446 Jahren wurde der deutsche Astronom und Mathematiker Johannes Kepler geboren. Wir erinnern uns an ihn, weil er an das kopernikanische Modell glaubte – ein sonnenzentriertes, nicht erdzentriertes Sonnensystem -, als es nur wenige andere taten, und weil er die Wahrheit dieser Theorie mit seinen drei berühmten Gesetzen der Planetenbewegung bewies. Er ist auch dafür bekannt, dass er an der Wissenschaft der Brechung – der Aufspaltung des Lichts in seine einzelnen Farben – und an der grundlegenden Wissenschaft der Brillenkorrektur gearbeitet hat.
Kepler wurde in Weil der Stadt, Deutschland, in einer armen Familie geboren. Im 16. Jahrhundert war die Religion noch für die Bildung der Bevölkerung zuständig, und so besuchte Kepler die religiösen Schulen. Im Jahr 1589 begann er sein Studium an der Universität Tübingen. Er wollte Theologe werden, aber seine Ehrfurcht vor Gott führte ihn zur Astronomie. Das Ziel von Keplers Arbeit war immer religiös: Er wollte das Universum verstehen, um Gott zu verstehen.
Keplers Mathematiklehrer, der deutsche Astronom Michael Maestlin, lieh Kepler ein kommentiertes Exemplar von Kopernikus‘ Buch De revolutionibus orbium coelestium (Über die Umdrehungen der Himmelssphären). Zu dieser Zeit war die Idee eines erdzentrierten Universums unter Gelehrten schon lange akzeptiert. Die Ansicht von Kopernikus, dass die Sonne im Mittelpunkt des Universums steht, wurde zu seinen Lebzeiten von den Gelehrten nicht akzeptiert, aber Kepler sagte, dass er darin das Wirken Gottes spüren konnte. Er beschloss, sein Leben der Aufgabe zu widmen, die Theorie von Kopernikus zu beweisen. Er schrieb:
Ich ziehe die schärfste Kritik eines einzelnen intelligenten Mannes der gedankenlosen Zustimmung der Massen vor.
Im Jahr 1595 unterrichtete Kepler Mathematik an einer höheren Schule. Er war kein guter Lehrer, denn er war nicht dynamisch und murmelte oft vor sich hin. Eines Tages hatte er während des Unterrichts eine tiefe (wenn auch falsche) Offenbarung. Er glaubte, dass die Abstände der sechs damals bekannten Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter und Saturn) durch die Einschreibung und Umschreibung von Kugeln und den fünf platonischen Körpern erklärt werden könnten. Er schrieb:
Die Erde ist die Sphäre, das Maß aller Dinge; um sie herum wird ein Dodekaeder beschrieben; die Sphäre, die sie einschließt, wird der Mars sein. Um den Mars herum beschreibe ein Tetraeder; die Sphäre, die ihn einschließt, wird der Jupiter sein. Beschreibe einen Würfel um den Jupiter; die Sphäre, die ihn einschließt, wird der Saturn sein. Beschreibe nun die Erde mit einem Ikosaeder; die darin eingeschriebene Kugel wird die Venus sein; beschreibe die Venus mit einem Oktaeder: der darin eingeschriebene Kreis wird der Merkur sein.
Diese Arbeit erwies sich als falsch, aber sie schien zunächst wahr zu sein, da für alle Planeten, mit Ausnahme des Jupiter, eine Übereinstimmung bis auf 5 Prozent bestand. Kepler arbeitete jahrelang weiter an dieser Idee und versuchte, sie zu beweisen.
Keplers Sonnensystem aus seinem Mysterium Cosmographicum, 1596 via Wikimedia Commons.
Im Jahr 1600 veröffentlichte der frühe Astronom William Gilbert sein berühmtes Frühwerk De Magnete, eine Diskussion über die magnetische Natur der Erde. Kepler griff die Idee auf, dass der Magnetismus der Schlüssel zu einem System sein könnte, das die rückläufige Bewegung des Mars erklären würde. Auch hier irrte er sich, aber wie so oft in der Wissenschaft führte ihn der Irrweg letztlich zu einer großen Entdeckung.
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Kepler brauchte genaue Daten, um das zu gewinnen, was er als den Krieg mit dem Mars bezeichnete. Aber er wusste, dass die astronomischen Datentabellen seiner Zeit ungenau waren und die Aufgabe nicht erfüllen würden. In der Zwischenzeit, ebenfalls im Jahr 1600, war der dänische Astronom Tycho Brahe dabei, viel genauere astronomische Daten über die Positionen der Planeten zu sammeln. Er lud Kepler auf sein Schloss und Observatorium Uraniborg in der Nähe von Prag ein.
Zunächst kamen die beiden Astronomen nicht miteinander aus. Kepler wollte das Rätsel des Himmels lösen, Tycho wollte seine Daten nicht wirklich teilen und verbrachte seine Zeit damit, Gäste zu unterhalten und zu trinken.
Allerdings starb Tycho nur ein Jahr nach Keplers Ankunft unter merkwürdigen Umständen und vermachte Kepler seine astronomischen Messungen.
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Keplers 1. Gesetz besagt, dass sich die Planeten auf einer elliptischen Bahn um die Sonne bewegen, wobei die Sonne in einem Brennpunkt der Ellipse liegt. Bild über OneMinuteAstronomer.
Tychos Daten ermöglichten es Kepler, sein Modell der Planetenbewegung zu verfeinern. Sie führten ihn zu dem, was wir heute die drei Keplerschen Gesetze der Planetenbewegung nennen. Das erste Gesetz der Planetenbewegung besagt:
Die Planeten bewegen sich auf einer elliptischen Bahn um die Sonne, wobei die Sonne einer der Brennpunkte ist.
Kepler schrieb:
Ich wurde fast zum Wahnsinn getrieben, als ich über diese Sache nachdachte und rechnete. Ich konnte nicht herausfinden, warum sich der Planet lieber auf einer elliptischen Bahn bewegen sollte. Oh, ich bin lächerlich! Mit der aus physikalischen Prinzipien abgeleiteten Argumentation, die mit der Erfahrung übereinstimmt, bleibt für die Bahn des Planeten keine andere Figur übrig als eine perfekte Ellipse.
Eine Illustration von Keplers 2. Image via Gonfer via Wikimedia Commons.
Das zweite Gesetz der Planetenbewegung besagt:
Ein kreisender Planet überstreicht gleiche Flächen in gleichen Zeitintervallen.
Im Jahr 1619 verkündete Kepler sein drittes Gesetz der Planetenbewegung:
Die Umlaufzeit im Quadrat zur Halbachse (längster Abstand zwischen einem Planeten und der Sonne) kubiert ergibt eine Konstante.
Keplers Arbeit war die Grundlage für die Arbeit von Isaac Newton bei der Definition und Erklärung der Funktionsweise der Gravitation. Newton nutzte Keplers Gesetze, um sein Gesetz der Gravitation des Universums zu formulieren. Es blieb das beste Verständnis der Schwerkraft (und damit des gesamten Kosmos), das die Welt je hatte, bis Albert Einstein Anfang des 20. Jahrhunderts auf der Bildfläche erschien.
In dieser Illustration aller drei Keplerschen Gesetze sind zwei Planetenbahnen dargestellt. Lesen Sie mehr über dieses Bild, das von Wikimedia Commons stammt.
Neben der Astronomie interessierte sich Kepler auch für die Optik. Er erklärte, wie ein Fernrohr funktioniert, wie die Brechung in unseren Augen erfolgt und das Phänomen der Tiefenwahrnehmung, d.h. dass man beide Augen braucht, um die dritte Dimension wahrzunehmen. Er erklärte auch, wie Brillengläser die Verzerrungen ausgleichen, die durch schlechtes Sehen verursacht werden, und bildete damit die wissenschaftliche Grundlage für die heutige Praxis der Sehkorrektur.
Kepler verfolgte zeitlebens eine religiöse Einstellung zu seiner wissenschaftlichen Arbeit. Er hatte das Gefühl, dem Verständnis der Natur und damit Gott näher zu kommen.
Er starb am 15. November 1630 in Regensburg an den Folgen einer Krankheit. Heute erinnern wir uns an ihn als einen der größten Wissenschaftler der Geschichte. Die leistungsstarke und erfolgreiche Kepler-Planetensonde der NASA ist nach ihm benannt.
Künstlerisches Konzept der Kepler-Planetensonde mit Blick auf das Sternbild Cygnus, via NASA.
Untere Zeile: Kepler wurde heute vor 445 Jahren geboren. Man erinnert sich an ihn wegen seiner drei Gesetze der Planetenbewegung und seiner Arbeiten in Optik und Geometrie.
Daniela Breitman – eine kanadische Autorin, früher bei From Quarks to Quasars – studiert derzeit Angewandte Wissenschaften mit dem Ziel, Astrophysikerin zu werden. Sie ist Hobbyfotografin, liebt das Schreiben und die Literatur und ist ein großer Science-Fiction-Fan. In der Tat, sie ist leidenschaftlich über viele Dinge.