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Sternengeschichten Folge 540: Das Tychonische Weltmodell

Wir wissen heute, dass sich die Erde in einer Umlaufbahn um die Sonne bewegt, genau so wie die anderen Planeten des Sonnensystems. Früher dachten die Menschen, es wäre umgekehrt: Die Erde wäre das Zentrum des Universums und Sonne und die anderen Himmelskörper würden sich um sie herum drehen. Den Wechsel von diesem geozentrischen Weltbild zum modernen heliozentrischen Bild haben wir der Arbeit von Nikolaus Kopernikus, Galileo Galilei und Johannes Kepler zu verdanken.

Das ist alles richtig – aber es ist nicht die komplette Geschichte. Es gab auch lange vor Nikolaus Kopernikus schon Menschen, die davon überzeugt waren, dass sich die Erde um die Sonne bewegt (zum Beispiel in der griechischen Antike). Kopernikus Modell des Sonnensystems war zwar revolutionär, hat die Beobachtungsdaten aber nicht dramatisch besser erklärt als das alte geozentrische Weltbild. Das lag daran, dass Kopernikus immer noch davon ausging, dass sich die Planeten auf Kreisbahnen bewegen und erst durch die Arbeit von Kepler und Newton bekam man ein realistisches Bild der Planetenbewegung. Aber davon habe ich ersten schon in früheren Sternengeschichten erzählt und zweitens soll es heute um etwas anderes gehen: Das Tychonische Weltmodell.

Benannt ist es nach dem dänischen Astronom Tycho Brahe, von dessen aufregenden Leben ich schon in Folge 167 ausführlich erzählt haben. Er lebte im 16. Jahrhundert und war der letzte große Astronom, der noch ohne Teleskop gearbeitet hat. Seine Beobachtungen haben es seinem Schüler Johannes Kepler ermöglicht, sein revolutionäres Werk „Astronomia Nova“ zu verfassen und die Bewegung der Planeten zu erklären. Brahe hat Kometen beobachtet und gezeigt, dass sie sich weit außerhalb der Umlaufbahn des Mondes befinden, was damals eine durchaus bemerkenswerte Erkenntnis war. Damals gingen immer noch die meisten Menschen von der antiken Vorstellung aus, dass die Planeten an kristallenen Sphären montiert sind, die sich um die Erde drehen. Tycho Brahe konnte zeigen, dass Kometen sich durch diese Sphären hindurch bewegen müssen; dass diese Sphäre also nicht existieren können.

Diese Arbeit und andere Beobachtungen brachten Brahe dazu, das geozentrische Weltbild im Laufe der Zeit immer kritischer zu sehen. Andererseits wollte er sich aber auch nicht von der Vorstellung der Erde als Mittelpunkt lösen. Deswegen entwickelte er etwas, das man als eine Art Kompromiss verstehen kann: Ein geo-heliozentrisches Weltsystem, in der sich die Planeten zwar um die Sonne bewegen, die Erde aber trotzdem das Zentrum ist.

Bild: Fastfission, gemeinfrei

Im Detail sieht das so aus: Die Erde ist der Mittelpunkt und der Mond bewegt sich um die Erde herum. Ebenfalls um die Erde bewegt sich die Sonne, so wie im geozentrischen System. Aber wie im heliozentrischen System bewegen sich Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn um die Sonne. Anders gesagt: Die Sonne, mitsamt den Planeten umkreist die Erde, die sich selbst nicht bewegt.

Das klingt zuerst einmal unnötig kompliziert. Die Erde in der Mitte oder auch die Sonne in der Mitte und alles andere bewegt sich rundherum: Das hat eine gewisse Eleganz. Aber quasi zwei Mittelpunkte – das klingt verwirrend. Aber die Idee von Tycho Brahe ist nicht so seltsam, wie sie auf den ersten Blick aussieht. Und es war übrigens auch keine Idee, die nur Tycho Brahe hatte. Im 16. Jahrhundert gab es mehrere Menschen, die sich so ein Mischsystem vorgestellt haben. Zum Beispiel Nicolaus Reimers; der Vorgänger von Tycho Brahe als kaiserlicher Hofmathematiker in Prag, der auch Kopernikus Werk ins Deutsche übersetzt hat. Reimers Modell unterschied sich ein wenig von Brahes; bei Brahe stand die Erde zum Beispiel still, bei Reimers drehte sie sich um ihre Achse. Reimers hat Brahe aber auf jeden Fall vorgeworfen, die Idee von ihm geklaut zu haben, was der selbstverständlich bestritt. Schon lange vor den beiden, im 6. Jahrhundert, hat der römische Gelehrte Martianus Capella ein Weltmodell vorgestellt in dem sich Venus und Merkur um die Sonne bewegen, die Sonne und der Rest der Planeten aber die Erde. Im frühen 16. Jahrhundert hat der indische Astronom Nilakantha Somayaji ebenfalls ein Modell entwickelt, dass dem Tychonischen Weltmodell entspricht.

Aber lassen wir jetzt mal die Streitigkeiten über Prioritäten und die diversen Variationen und Vorläufer weg und bleiben bei Tycho Brahes Weltmodell. Wenn man sich das ein wenig genauer anschaut, dann ist es nämlich gar nicht so dumm, wie man denken würde. Man muss es sich aber mit den Augen der Menschen aus dem 17. Jahrhundert anschauen. Oder besser gesagt: Mit den Teleskopen des 17. Jahrhunderts. Die waren damals ja noch neu; Anfang des 17. Jahrhunderts war Galileo Galilei der erste, der so ein Gerät an den Himmel gerichtet und damit Planeten und Sterne beobachtet hat. Dabei hat Galilei natürlich auch jede Menge Sterne gesehen. Aber nicht als die Lichtpunkte, die man bei der Beobachtung mit freiem Auge gewöhnt war. Die Sterne zeigten sich in Galileis Teleskop als kleine Scheibchen; unterschiedlich hell und unterschiedlich groß. Galileo Galilei ging davon aus, dass er hier die tatsächliche Form der Sterne sah. Und es eben große Sterne gab, kleine Sterne, in unterschiedlichen Entfernungen und deswegen auch unterschiedlich hell. Eine prinzipiell vernünftige Annahme, nur leider eine, von der wir heute wissen, dass sie falsch ist.

Die Sterne sind so weit entfernt, dass wir auch in sehr großen Teleskopen nicht mehr sehen als Punkte. Und erst recht gilt das für das Teleskop, das Galilei damals benutzt hat. Dass er trotzdem Scheibchen gesehen hat, lag an diversen optischen Effekten. Ich hab das ausführlich in Folge 309 erklärt, als ich von den Airy-Scheiben gesprochen habe.

Airy-Scheibe (Bild: SiriusB, gemeinfrei)

Was man damals auch beobachten konnte: Die Himmelskörper scheinen sich definitiv um die Erde herum zu bewegen. Aber nicht so, wie sie es tun sollten, wenn die Erde im Mittelpunkt ist und alle anderen sich um sie drehen. Immer wieder hat man Planeten beobachtet, die „rückläufig“ sind. Das soll folgendes bedeuten: Schaut man sich zum Beispiel an, wo sich der Mars Nacht für Nacht am Himmel befindet, dann sieht man, wie er sich immer in die selbe Richtung bewegt. Irgendwann scheint er aber stehen zu bleiben und wandert dann für einige Zeit sogar rückwärts, bis er wieder die übliche Richtung aufnimmt. Die Vertreter des geozentrischen Weltbildes haben dieses Verhalten durch Epizykel erklärt. Also angenommen, dass sich die Planeten nicht auf einer Kreisbahn um die Erde herum bewegen, sondern auf einer Kreisbahn, deren Mittelpunkt sich auf einer Kreisbahn um die Erde bewegt. In so einem Fall würde ein Planet tatsächlich immer wieder scheinbar vor- und rückwärts am Himmel wandern.

Das Tychonische Weltbild hat diese Epizykel quasi gleich fix eingebaut. Die Planeten bewegen sich um die Sonne. Und die Sonne um die Erde herum. Auch hier findet man immer wieder rückläufige Bahnen.

Wo stehen wir jetzt, aus Sicht des 17. Jahrhunderts? Wir haben beobachtet, dass die Planeten sich rückläufig bewegen können. Wir haben beobachtet, dass das Universum voller Sterne ist, in unterschiedlichen Entfernungen. Die erste Beobachtung legt nahe, dass sich Sonne mit den Planeten um die Erde herum bewegt. So wie es im tychonischen Weltbild beschrieben ist. Aber was ist mit der zweiten Beobachtung? Hier wird es ein wenig kompliziert

Der Hauptunterschied zwischen dem heliozentrischen System und dem tychonischen Weltbild ist die Position der Erde. Im ersten Fall bewegt sich die Erde um die Sonne; im zweiten Fall ruht sie im Zentrum des Universums und dreht sich höchstens um ihre eigene Achse. Das hab ich jetzt schon oft gesagt, aber dieser Unterschied ist wichtig, denn auch den Menschen damals war klar, was daraus folgt. Wäre die Erde im Zentrum, dann würden sich die Sterne entweder auch um die Erde herum bewegen. Oder aber die Sterne wären irgendwo fix und würden sich nur scheinbar bewegen, weil die Erde sich dreht. Am Ende ist der Effekt der selbe; wenn die Erde sich aber um die Sonne bewegt, dann bedeutet das, das wir im Laufe eines Umlaufs, also eines Jahrs, aus unterschiedlichen Blickrichtungen auf die Sterne schauen. Und sich die scheinbare Position der näheren Sterne vor dem Hintergrund der ferneren Sterne ändern würde. Je nachdem von wo wir gerade schauen, sehen wir sie mal vor dem einen und mal dem anderen Hintergrund. Dieses Phänomen nennt man „Parallaxe“ und auch darüber habe ich schon oft in den Sternengeschichten gesprochen.

Der relevante Punkt ist: Je weiter entfernt ein Stern ist, desto kleiner ist die scheinbare Bewegung. Wie gesagt, all das war den Menschen damals bekannt. Wenn man also keine Parallaxe bei den Sternen beobachten kann, dann bedeutet das entweder, dass die Sterne sehr, sehr weit entfernt und die scheinbare Bewegung zu klein ist, um sie beobachten zu können. Oder aber es heißt, dass es keine Parallaxe GIBT, weil die Erde sich nicht um die Sonne bewegt. Galileo Galilei war vom ersten Fall überzeugt: Die Sterne sind alle weit weg und deswegen sehen wir keine Parallaxe; es gibt also keinen Widerspruch zum heliozentrischen Weltbild.

Simon Marius (Bild: gemeinfrei)

Ein Zeitgenosse von Galilei war der deutsche Astronom Simon Marius, von dem ich in Folge 131 schon mehr erzählt habe. Er hat sich immer wieder Mal mit Galilei gestritten; unter anderem darüber, wer die Jupitermonde als erster entdeckt hat. Heute wissen wir, dass es Galilei war; Marius war aber nur kurz dahinter und die Mondes des größten Planeten unabhängig von seinem italienischen Kollegen gefunden. Auch Marius hat die Sterne beobachtet; auch Marius hat die Scheibchen gesehen – kam aber zu ganz anderen Schlüssen als Galilei. Marius war der Meinung, dass die Sterne vergleichsweise nahe sein müssen, wenn man sie als Scheibchen im Teleskop sehen kann. Außerdem sah er, dass nicht alle Himmelskörper sich direkt um die Sonne bewegen müssen; die Jupitermonde kreisen um Jupiter und mit ihm gemeinsam um die Sonne. Wenn die Sterne also nahe sind, dann müsste man eine Parallaxe sehen können, wenn sich tatsächlich die Erde um die Sonne herum bewegt. Wir sehen aber keine Parallaxe; wir sehen stattdessen, dass es auch Bewegungen gibt, bei denen nicht die Erde im Mittelpunkt ist. Die naheliegende Schlussfolgerung: Die Planeten bewegen sich um die Sonne und die Sonne um die Erde herum.

Aus Sicht des frühen 17. Jahrhunderts war das tychonische Weltbild also eine durchaus plausible Angelegenheit. Simon Marius hat mit seiner Argumentation genaugenommen Recht gehabt, wenn auch aus den falschen Gründen. Und auch Galilei hatte Recht, ebenfalls aus den falschen Gründen. Beiden fehlte das nötige Wissen zur Optik, um zu verstehen, warum Sterne in einem Teleskop als Scheibchen zu sehen sind und zu verstehen, dass das nichts mit dem Abstand oder dem realen Aussehen der Sterne zu tun haben, sondern einfach mit den optischen Eigenschaften eines Teleskops.

Erst die Arbeit von Johannes Kepler und Isaac Newton hat gezeigt, wie man das heliozentrische Modell brauchbar verwenden kann, um die Bewegung der Planeten zu verstehen. Und genaugenommen hat erst der Astronom Friedrich Wilhelm Bessel jeden Zweifel beseitigt, als es ihm 1838 als erstem gelungen ist, die Parallaxe eines Sterns und damit seine Entfernung zu messen. Die Sterne waren tatsächlich weit entfernt; viel weiter als man dachte und es war daher auch keine Überraschung, dass Galilei und seine Zeitgenossen keine Chance hatten, diese Parallaxe zu beobachten.

Das Tychonische Weltbild mag auf den ersten Blick absurd erscheinen; als eine unnötig komplizierte Konstruktion, die nur geschaffen wurde, weil ein paar halstarrige alte Astronomen den Fortschritt nicht akzeptieren wollten. Aber diese Ansicht verkennt, dass man die Dinge immer Licht ihrer Zeit betrachten muss. Und wenn es nachdem geht, was die Menschen damals mit den vorhandenen technischen Mitteln herausfinden konnten, dann war das Tychonische Modell eine gute Beschreibung der Realität und, wenn man so will, fast besser als das heliozentrische Weltbild. Dass wir heute mehr wissen als in der Vergangenheit kann man den Leuten im 17. Jahrhundert nicht vorwerfen.

10 Gedanken zu „Sternengeschichten Folge 540: Das Tychonische Weltmodell“
  1. Schöner Beitrag, aber ein Detail scheint mir wenig glaubwürdig zu sein: Das ist die Geschichte mit den Kristallschalen, an die angeblich vor Tycho und seiner Kometen-Beobachtung noch geglaubt worden sein soll
    Ich denke, dass spätestens seit Ptolemäus (ca. 2.Jh nach Chr.) kein klar denkender Astronom mehr daran geglaubt haben kann, denn solche Kristallschalen sind ja mit einer Bewegung auf Epizykeln völlig unvereinbar. Und diese Art von Bewegungen war damals das absolut herrschende Paradigma.
    Ich denke eher, dass das eine Legende ist, die später erfunden worden war, um die Propaganda der Ptoleläer gegen das Heliozentrische System zu schwächen.
    Für Ptolemäus war die „Dynamik“ der Planeten-Bewegungen meines Wissens, gar kein Thema, für sie ging es nur um die möglichst gute Vorhersagen ihrer Himmelspositionen, und dafür hatten sie brauchbare Algorithmen gefunden.
    Oder kennst du Ernst zu nehmende Quellen, die auch noch nach Ptolemäus an den Kristallschalen festgehalten hatten?

    1. @ Bullet
      Wo siehst du da einen Zusammenhang ? Wenn ich das recht verstehe geht es in erster Linie um Musik, und die Harmonien werden ganz grob mit spekulativen Tönen, die durch die Himmelssphären-(wie auch immer ?) entstehen in Zusammenhang gebracht, die natürlich noch niemand gehört hätte. Dieser Glaube hat viel mehr mit der Zahlenmystik der Pythagoräer zu tun (bis einschließlich Kepler), als mit einer physikalischen Vorstellungen des Planetentransports.

  2. @ Bullet
    Wo siehst du da einen Zusammenhang ? Wenn ich das recht verstehe geht es in erster Linie um Musik, und die Harmonien werden ganz grob mit spekulativen Tönen, die durch die Himmelssphären-(wie auch immer ?) entstehen in Zusammenhang gebracht, die natürlich noch niemand gehört hätte. Dieser Glaube hat viel mehr mit der Zahlenmystik der Pythagoräer zu tun (bis einschließlich Kepler), als mit einer physikalischen Vorstellungen des Planetentransports.

  3. @Peter Paul:
    Ich zitiere mal aus dem verlinkten Artikel.

    Der Ausgangspunkt war gewöhnlich die Darstellung des Boethius. Eine ausführliche, wegen ihrer Originalität beachtliche Ausarbeitung der Theorie erstellte im 9. Jahrhundert der Neuplatoniker Johannes Scottus Eriugena in seinem Hauptwerk De divisione naturae (Periphyseon) und in einem Kommentar zu Martianus Capella. Er weist der „Himmelssphäre“ (Fixsternsphäre) aufgrund ihrer äußerst schnellen Bewegung den höchsten Ton zu, dem langsamen Saturn den tiefsten, worauf die Skala bis zum Mond ansteigt. In dem Kommentar ergibt die Umsetzung der Sphärenabstände zwischen dem Saturn (dem äußersten Planeten) und der Sonne sowie zwischen der Sonne und dem Mond in musikalische Intervalle je eine Oktave, also zusammen eine Doppeloktave; zwischen Saturn und Fixsternsphäre nimmt Eriugena ebenfalls eine Doppeloktave an.

    Töne werden durch stehende Wellen (Flöte etc.) oder durch Anregung per Draufhauen (Klavier, Gitarre etc.) oder auch Reibung (Streicher) erzeugt. In diesem oben erwähnten Absatz wird glas(haha)klar eine reibende Bewegung als Quelle der Sphärentöne angegeben, deren Frequenz durch die sichtbare Bewegungsgeschwindigkeit der jeweiligen Sphäre bestimmt wird. (Die Sphäre ist dabei zwar unsichtbar, nicht aber der an sie geklebte Planet.)
    Die gesamte Idee der „Sphärenmusik“ wird von der Vorstellung der physikalisch existenten Kristallschalen getragen. Und das noch im 9. Jhd u.Z.
    Wäre diese reibende Bewegung nicht, müßte keinem Planeten eine Tonhöhe zugewiesen werden. Und in der Tat „dreht“ sich die Sternsphäre am schnellsten (nämlich einmal rum in 24 Stunden), während Saturn an der Sternsphäre die langsamste Bewegung macht. Die gesamte Idee der verschiedenen Tonhöhen der Planeten ergibt komplett GAR keinen Sinn, wenn man nicht die Vorstellung eines physikalisch existenten Klangkörpers herbeinimmt. Synthesizer bzw. Schwingkreise kannten die Mittelaltler ja nicht.

    1. @Bullet
      Du hast recht mit dem, was du über die Anhänger der „Sphärenmusik“ sagst. Aber das sind ganz sicher keine Leute, die sich mit der seit dem 2ten Jahrhundert in der Astronomie absolut herrschenden Paradigma der Epizykeltheorie beschäftigt haben. Sie halten einfach an dem viel (mindestens 500 Jahre) älteren Bild der Planetensphären fest, weil sich nur so Argumente, für die vermutete Sphärenmusik angeben lassen.
      Schau dir doch einmal solche Epizykel an (z.B.: https://de.wikipedia.org/wiki/Epizykeltheorie). In dieser Theorie bewegen sich die Planeten in Schleifenbahnen. Hier gibt es gar keine einzelne Sphäre mehr, die den Planeten trägt, sondern mehrere, die sich dabei auch noch ineinander drehen und durchdringen (!!! Kristall!!!). Meines Wissens sind es bis zu 5 Kreise pro Planet. Und dann stelle dir mal Kristallschalen vor, die so ineinander geschachtelt laufen können sollen.
      Es gab schon immer Leute, die nicht auf dem zu ihrer Zeit aktuellen Stand der Wissenschaft waren, und die einen längst überwundenen Stand einfach nicht als solchen wahrnehmen wollten, sondern ganze (Un-)Wissensgebäude darauf aufbauen wollten.Dazu gehörten zu ihrer damaligen Zeit ganz bestimmt die „Spärenmusikanten“. Witzig ist schon, dass so Leute, die offenbar gar keine einzige Beobachtung für ihre unsinnige Musiktheorie vorweisen können als Kronzeugen für eine andere, schon damals längst obsolete Theorie herhalten müssen, während die führenden Astronomen, die sich intensivst mit tatsächlich beobachtbaren Erscheinungen schon vor Jahrhunderten herumgeschlagen hatten, und Lösungen dafür gefunden hatten, wie Ptolemäus, behandelt werden, als ob es sie gar nicht gegeben hätte.

      1. @PeterPaul:
        Epizykel kenn ich natürlich. Und ja, die Idee dieser wirft unangenehme Fragen auf.
        Aber: bitte erklär mir nochmal diesen Satz ->

        Witzig ist schon, dass so Leute, die offenbar gar keine einzige Beobachtung für ihre unsinnige Musiktheorie vorweisen können als Kronzeugen für eine andere, schon damals längst obsolete Theorie herhalten müssen, während die führenden Astronomen, die sich intensivst mit tatsächlich beobachtbaren Erscheinungen schon vor Jahrhunderten herumgeschlagen hatten, und Lösungen dafür gefunden hatten, wie Ptolemäus, behandelt werden, als ob es sie gar nicht gegeben hätte.

        Ich lese daraus nämlich, daß „führende Astronomen, […], wie Ptolemäus, behandelt werden, als ob es sie gar nicht gegeben hätte“, obwohl sie (also die Astronomen, wie u.a. Ptolemäus) doch Lösungen für „tatsächlich beobachtbare Erscheinungen“ hatten.
        Das wäre, sagen wir, „etwas“ absurd, wird doch der olle Claudius Pt. als der Begründer der Sphärenmusik gehandelt. Inklusive seiner Epizykel, die übrigens nur deswegen eingeführt wurden, weil der Dogmatiker Cl. Pt. unbedingt an kreisförmigen Bahnen der Planeten festhalten wollte.

        Tl;dr: was wolltest du im letzten Absatz deines Kommentars rüberbringen?

        1. „wird doch der olle Claudius Pt. als der Begründer der Sphärenmusik gehandelt.“
          Von wem denn?
          Übrigens, als was jemand „gehandelt“ wird sagt doch oft genug nichts darüber aus, was er wirklich für eine Bedeutung hatte. Nein! Auch wenn du aus meinem Beitrag liest, dass „„führende Astronomen, […], wie Ptolemäus, behandelt werden, als ob es sie gar nicht gegeben hätte“ habe ich genau das Gegenteil davon geschrieben.
          Ptolemäus war genau DER führende Astronom, der sich mit den „tatsächlich beobachtbare Erscheinungen“, nämlich den Positionen der Planeten am Himmel, auseinander gesetzt, und, soweit ich weiß, überhaupt nichts mit der Erfindung der unbeobachtbaren Sphärenmusik zu tun hat. Die Entstehung dieses Irrglaubens ist, meines Wissens, hunderte Jahre älter als Ptolemäus.
          Nochmals zu meinem Satz : Witzig ist schon, dass so Leute, die offenbar gar keine einzige Beobachtung für ihre unsinnige Musiktheorie vorweisen können (diese Leute sind die Sphärenmusik-Gläubigen) als Kronzeugen für eine andere, schon damals längst obsolete Theorie (nämlich für Kristallsphärem, die die Planeten durch ihre Drehung über den Himmel führen würden) herhalten müssen, während die führenden Astronomen Das sind Ptolemäus und seine Leute), die sich intensivst mit tatsächlich beobachtbaren Erscheinungen schon vor Jahrhunderten herumgeschlagen hatten, und Lösungen dafür gefunden hatten, wie Ptolemäus, behandelt werden, als ob es sie gar nicht gegeben hätte.

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