Der große deutsche Gelehrte Johannes Kepler (1571 – 1630) – Astronom, Mathematiker.

Von uralten Zeiten her interessieren sich die Leute für Himmel und für Himmelskörper, die auf dem Himmelszelt sichtbar sind. Nicht nur einfache Wißbegier, wenn auch es lobenswert ist, ließ die Leute ihren Blick auf Himmel richten. Die Untersuchung der Tagesbewegungen der sichtbaren Wanderungen der Sonne, des Mondes und der Planeten zwischen den Sternen erweckten das große praktische Interesse. Die Kenntnisse über diese Bewegungen und deren Änderungen im Laufe der Zeit gaben den Menschen die Möglichkeit, die Kalender aufzustellen, den Anbruch von Sonnen – und Mondfinsternissen vorherzusagen, sowie den Standort eines Menschen zu Lande oder einer Schiffsmanschaft in See zu bestimmen.

Schon im Altertum wurde der sichtbare Himmelsweg der Sonne und des Mondes recht gut untersucht. Die Sonne bewegt sich von Westen nach Osten und macht den ganzen Kreis in der Himmelskugel ungefähr im Laufe der 365 Tage. Jedesmal ist der Bewegungskreis ein und derselbe. Dieser Kreis heißt die Ekliptik (nach dem griechischen eclipse, was Finsternis bedeutet). Die uralten Griechen brachten die Benennung in Verbindung mit den Mond – oder Sonnenfinsternissen, die sich gerade zu jener Zeit ereigneten, als der Voll – oder Neumond während seiner sichtbaren Bewegung zwischen den Sternen die Ekliptik kreuztete.

Im uralten Ägypten wurde der Zeitraum des sichtbaren Umlaufs der Sonne die Ekliptik entlang als Basis für das Kalenderjahr genommen.

Sich auch von Westen nach Osten bewegend, legt der Mond im Himmel den ganzen Kreis ungefähr im Laufe der 27 Tage zurück. Dabei bewegt sich der Mond im Himmel ungleichmäßig, bald hinauf -, bald herabsetzend innerhalb eines kleinen Bereichs die Geschwindigkeit seiner sichtbaren Bewegung. Jede neue Kreisbahn des Mondes zieht sich schon zwischen anderen Sternen im Vergleich zur vorigen Kreisbahn. Der Zeitraum des sichtbaren Mondsumlaufs wurde als Basis für den Kalendermonat genommen.

Die Sterne auf dem Himmel scheinen relativ zueinander ganz unbeweglich zu sein. Es erweckt den Eindruck, als ob alle Sterne zum Himmelszelt befestigt seien, das sich um die Erde gleichmäßig dreht. Das sichtbare Himmelszelt macht den ganzen Kreis im Laufe des Zeitraums, der heute als der Sterntag heißt.

Schon uralte Astronomen haben bemerkt, dass es neben den unbeweglichen Sternen noch fünf Himmelskörper gibt, die den Sternen ähnlich, aber mehr grell sind. Wie auch die Sterne nehmen diese fünf Himmelskörper an dem Tageskreisen des Himmelszeltes teil, machen aber gleichzeitig ihre zusätzlichen sichtbaren Bewegungen. Deshalb sehen ihre Wege auf dem Himmel zwischen den Sternen sehr kompliziert und verworren aus. Uralte Griechen haben diese Himmelskörper als Planeten genannt. Das Wort „planet“ bedeutet auf griechisch „wandernd“. Uralte Römer gaben den Planeten die Namen, die sich bis zu unserer Zeit erhalten haben: der Merkur, die Venus, der Mars, der Jupiter und der Saturn. Was den Mond und die Sonne angeht, so wurden diese Himmelskörper in uralten Zeiten als Planeten angesehen, weil sie sich auch zwischen den Sternen bewegen. Die Astronomen haben festgestellt, dass die Planeten ihre Stellen auf dem Himmel nicht weit von der Ekliptik einnehmen, aber nach bestimmter Zeit wechseln sie ihre Bewegungsrichtung, was in der Bewegungen der Sonne und des Mondes nicht der Fall ist.

Die Planeten bewegen sich in ihrer Umlaufbahn zwischen den Sternen von Westen nach Osten wie die Sonne und der Mond (sogenannte gerade Planetenbewegung). In bestimmter Zeit aber verlangsamt jeder Planet seine Bewegung, dann kommt zu Stehen in Beziehung auf die Sterne und beginnt sich von Osten nach Westen zu bewegen (Rückbewegung). Dann bleibt der Planet wieder stehen und fängt seine gerade Bewegung wieder an.

Wenn ein unerfahrener Beobachter von der Erde aus den Weg jedes beliebigen Planeten zwischen den Sternen mit allen seinen Zickzacken und Kehren betrachten wollte, so könnte er in diesen Bewegungen ganz nichts verstehen. Für gegenwärtige Astronomie stellen die Besonderheiten der Planetenbewegung im Sonnensystem natürlich kein Geheimnis dar. Die Gelehrten von vielen Generationen haben die Planetenbewegung untersucht. Der große deutsche Gelehrte Johannes Kepler hat einen wichtigen Beitrag dazu geleistet. Ihm gehört das Verdienst, die Gesetze der Planetenbewegung entdeckt zu haben. Es sei betont, dass diese Entdeckung schon im ersten Viertel des 17. Jahrhunderts (!) vollgebracht wurde. Im tausendjährig langen Wege zu diesen Gesetzen lagen viele Schwierigkeiten. Die Keplers Gesetze haben unsere Kenntnisse über das Sonnensystem auf das moderne Niveau erhoben.

Bereits in der antiken Epoche versuchten die Astronomen sich auf der Basis der Beobachtungen das geometrische Bild des Weltsystems und der Planetenbewegung vorzustellen. Die großen Gelehrten und Phylosophen des Altertums Plato, Aristoteles, Pythagoras, Archimedes, Hipparchos, Ptolemäus u.a. haben zur Entwicklung der allgemeinen Wissenschaft und im einzelnen der Astronomie einen wichtigen Beitrag geleistet, wenn auch irrten sie sich in vielem.

Die theoretischen Konstruktionen des Weltsystems von Aristoteles und Ptolemäus entsprachen nur wenig den realen Bewegungen der Sonne, des Mondes und der Planeten im Weltraum. In ihren Berechnungen lagen falsche Grundsätze des Geozentrismus zugrunde, die auf nachstehendes zurückzuführen sind. Die Erde ist das unbewegliche Weltzentrum und alle Sterne, Planeten, sowie die Sonne und der Mond drehen sich um die Erde; alle sichtbaren Bewegungen von diesen Himmelskörpern seien reale Bewegungen.

Aristoteles war der Meinung, allen Himmelskörpern nur vollkommene nämlich gleichmäßige Kreisbewegungen eigen seien. Es wurde als Realität angenommen, dass ein Himmelszelt wirklich existiert, auf dem die Sterne befestigt werden. Wie und in welcher Weise werden die Sterne auf dem Himmelszelt befestigt? Dies brauchte irgendwie erläutert zu werden. Aber die Religionsbehörden verboten sogar daran zu denken.

Da die realen Umlaufbewegungen der Planeten, des Mondes und sogar der Sonne *) nur wenig der gleichmäßigen Kreisbewegung ähnlich sind, so nahmen die altgriechischen Gelehrten an, dass die Bewegung der Sonne, des Mondes und der Planeten einige Kombination der gleichmäßigen Kreisbewegungen darstellen. Nach dem Schema von Ptolemäus (II. Jht.), bewegt sich der Planet gleichmäßig in einem richtigen Kreislauf, sogenannten Epizykel, dessen Zentrum sich seinerseits gleichmäßig in einem anderen Kreislauf, sogenannten Deferenten, bewegt. Das Zentrum des Deferents ist die Erde (sieh Abbild.).

Diese relativ einfache Konstruktion konnte aber nicht die Gesetzmäßigkeiten der Bewegungen von Himmelskörpern erklären und einigermaßen genaue Berechnung der Lage von der Sonne, dem Mond und den Planeten in einem bestimmten Zeitpunkt gewährleisten.

Deshalb hat Ptolemäus, von den angesammelten Angaben der sichtbaren Verlagerungen der Himmelskörper ausgehend, für jeden Planet, sowie für die Sonne und den Mond die Einzelwerte des Epizykel, des Deferents, der Bewegungsgeschwindigkeiten und der gegenseitigen Neigung von deren Flächen ausgesucht. Danach hat er die zusätzlichen Begriffe Exzentrum und Equantum eingeführt.

Als Exzentrum nannte Ptolemäus eine Kreislinie, deren Mittelpunkt bezüglich der Erde verschoben ist. Auf dieser Kreislinie dreht sich der Mittelpunkt des Epizykel gleichmäßig.

Während der Terminus „Exzentrum“ aus der soeben angeführten Erklärung verständlich genug ist, fordert der Begriff „Equantum“ von unseren Leserinnen und Lesern, ihr abstraktes und gleichzeitig bildliches Denken in Gang zu setzen.

Das Equantum, so nach Ptolemäus, ist ein Punkt oder auch jede beliebige Kreislinie, deren Mittelpunkt in dem erwähnten Punkte liegt, von dem aus scheint dem Beobachter die ungleichmäßige Bewegung des Epizykelzentrums auf dem Exzentrum gleichmäßig zu sein. Ganz einfach, nicht wahr?

Es ist bewundernswert, aber die von Ptolemäus im Ergebnis der mühsamen Analytik – und rechenarbeit ausgestellten Tafeln besassen die hohe genug Genauigkeit bei dem Auffinden der Lage von Planeten und der Sonne auf Himmelskugel.

Im Laufe von mehreren Jahrhunderten hatten die Ideen von Aristoteles und Ptolemäus in der Astronomie die unumschränkte Herrschaft. Aus der Wissenschaftsgeschichte ist es bekannt, dass einzelne Denker des Altertums nur schüchterne Vermutungen und unklare Mutmaßungen über das heliozentrische Weltsystem und über die tägliche Drehung der Erde um ihre Achse ausgesprochen haben.

Der große polnische Gelehrte Nikolaus Kopernikus (1473-1543) hat die neue astronomische Theorie vorgebracht. Er hat als erster bewiesen, dass alle Planeten, darunter die Erde, sich um die Sonne drehen. Kopernikus hat das heliozentrische Weltmodell mathematisch mit hoher Genauigkeit ausgearbeitet, so dass seine Berechnungen mit den sichtbaren Bewegungen der Himmelskörper übereinstimmten.

   
Das Ptolemäische Weltbild         •         Das Tychonische Weltbild        •         Das Kopernikanische Weltbild

Gerade von der Zeit Kopernikus an hat die Entwicklung der menschlichen Kenntnisse über wirkliche Bewegungen der Himmelskörper im Weltraum begonnen. Die Lehre Kopernikus hat tatsächlich die nachfolgende Entwicklung der Naturwissenschaften festgelegt, aber nicht sofort triumphierte sie in der Wissenschaft. Der große Mut war von Kopernikus erforderlich, damit er offen von der Falschheit der geozentrischen Vorstellungen über den Weltbau erklären durfte. Das bedeutete, dass er gegen die Bibellehre auftrat, laut der ist die Erde das Zentrum des Weltalls. Ein solches Auftreten in der Inquisitionszeiten bedeutete für jeden nicht einfach der Kritik unterzogen zu werden, sondern sich der Todesgefahr auszusetzen. Das Leben und die Tätigkeit von Galilei, Giordano Bruno und anderer Gelehrten der 16. und 17. Jahrhunderte sprechen überzeugend darüber.

Erst im 17. Jahrhundert, als zwei große Gelehrten – der Italiener Galileo Galilei und der Deutsche Johannes Kepler in Europa arbeiteten, fand das heliozentrische Weltsystem allmählich die allgemeine Anerkennung. Galilei und Kepler behaupteten die Kopernikuslehre in schwierigen Verhältnissen der katholischen Inquisition.

Schon als Student der Tübingener Universität hat Kepler die Lehre von Kopernikus aufgefasst. Natürlich wurde damals die Astronomie an der Universität nach dem Ptolemäussystem unterrichtet.

1596 unterrichtete Kepler in Graz (Österreich) die Mathematik in einer protestantischen Schule. In diesem Jahr erschien sein erstes Werk "Das Weltgeheimnis" ("Mysterium Cosmographicum"). In diesem Werk machte Kepler den Versuch, eine heimliche Harmonie des Weltalls zu zeigen. Dabei erreichte seine Phantasie einen sehr hohen Grad.

Kepler hat die Laufbahnen aller damals bekannten fünf Planeten in Form von eingezeichneten Kreisen dargestellt. Die Kreise wurden in verschiedene regelmäßige Vielfläche (vom Würfel an bis zum Tetraeder) eingezeichnet.

Galilei hat ein Exemplar des Buches "Das Weltgeheimnis" von Kepler geschenkt bekommen und unterstützte die heliozentrische Konzeption. Galilei konnte aber nicht dem Keplerschen Versuch zustimmen, mit Hilfe von geometrischen Konstruktionen, die im wesentlichen erdacht waren, eine Harmonie zu zeigen, die angeblich im Weltall existiert.

Fast 25 Jahre später (1621) wiederverlegte Kepler "Das Weltgeheimnis". Er hat darin viele Änderungen und Ergänzungen eingetragen, nachdem er sich davon überzeugte, dass die reale Welt sehr wenig derjenigen mathematischen und sogar musikalischen Harmonie entsprach, die Kepler der Welt zuschreiben wollte.

Es kommt nicht selten vor, dass ein Zufall in menschlichem Schicksal vieles ändert. Demokritus sagte einst: "Kühnheit beginnt die Sache, aber Zufall bestimmt das Erde". So etwas geschah im Schicksal des Gelehrten Kepler.