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Heliozentrisches Sonnensystem von Andreas Cellarius' Harmonia Macrocosmica, 1708

Es heliozentrisches Modell oder Heliozentrismus ist der astronomisch Modell, in dem die Erde und die anderen Planeten der Sonnensystem, periodisch um die Sonne rotierend, die das Zentrum des Sonnensystems bildet. Der heliozentrische Model ersetzt es geozentrisches Modell, dass während der gesamten Mittelalter regierte und nahm die Erde als Mittelpunkt des Sonnensystems, um das die Sonne und die anderen Planeten kreisten. Bereits im Antike hätten Aristarchos von Samos Es wurde vermutet, dass sich die Erde um die Sonne drehte.^[1]

Im 16. Jahrhundert hat der katholische Gelehrte Nikolaus Kopernikus ein mathematisches Modell, mit dem er das heliozentrische Modell auf Kosten des geozentrischen Modells plausibel machen konnte. Dieses neue astronomische Modell führte in der wissenschaftlichen Welt zum sogenannten Kopernikanische oder wissenschaftliche Revolution. Ein Jahrhundert später verfeinert Johannes Kepler das kopernikanische Modell mit der Einführung von a ellipsoid statt einer kreisförmigen Planetenbahn. In Ergänzung, Galileo Galileo mit seinem Teleskop Beobachtungen, die die Theorie von Kopernikus bestätigten.

Später die Beobachtungen von William Herschel, Friedrich Bessel und andere Astronomen sehen, dass, obwohl die Sonne die barycentrum (Schwerpunkt) des Sonnensystems, sondern dass die Sonne in der Ferne Galaxis ist völlig unbedeutend.

Geschichte

Laut der Theosophie enthalten die ältesten Schriften, die vedas, Shatapatha Brahmana (um das 9.-7. Jahrhundert v. Chr.), Aitareya Brahmana (um das 9.-7. Jahrhundert v. Chr.) und die Vishnu Purana (um das 1. Jahrhundert v. Chr.) Frühe Elemente eines heliozentrischen Modells Philosophen, wie Pythagoras und sein Gefolgsmann Philolaos von Kroton, kam auch auf die Idee, dass die Erde nicht der Mittelpunkt ist. Oftmals enthalten ihre Theorien jedoch Eigenarten, wie die Existenz eines 'gegenüber der Erde“ (antichthon) und der „Herd des Universums“. Aristarch (320-250 v. Chr.) wird oft als Begründer des Heliozentrismus bezeichnet. Er hatte sich auf die Theorie der Herakleides (387-312 v. Chr.).

Der Heliozentrismus wurde im Westen auf mathematischer Grundlage durch die Arbeit von Nikolaus Kopernikus. Die Theorie von Kopernikus widersprach jedoch dem damaligen Stand der Wissenschaft. Das Buch von Kopernikus, Das revolutionibus orbium coelestium (Über die Umdrehungen der Himmelskörper) wurde 1543 veröffentlicht, als er auf dem Sterbebett lag. Anfangs erregte sie keine große Aufregung, da die Theorie als mathematische Hypothese und nicht als wissenschaftliches Argument konzipiert war. Dies war wegen Andreas Osiander, der die Ausgabe ohne Wissen von Kopernikus herausgegeben hatte, hatte ein Vorwort geschrieben, in dem es hieß, das Buch enthalte nur eine mögliche Theorie über die Planeten. Osiander versuchte beispielsweise, ein Veröffentlichungsverbot der protestantischen Behörden zu umgehen.

Die wichtigsten Einwände, die aus dem aktuellen Stand der Wissenschaft und Beobachtungen gemacht werden konnten, waren:

• Das Fehlen der stellaren Parallaxe, die beobachtet werden sollte, wenn sich die Erde um die Sonne dreht.
  • Das Parallaxe ist da, war aber zu klein, um mit den damaligen Instrumenten zu beobachten.
• Die Abwesenheit von Phasen (Phasen) von Venus und Merkur, die nach dem kopernikanischen Modell sichtbar sein sollen.
  • Die Phasen sind mit einem Teleskop gut sichtbar. Sie sind übrigens kein schlüssiger Beweis für das Copernicus-System. Phasen können auch in einem geozentrischen Modell auftreten.
• Die fehlerhafte theoretische Untermauerung der "Schwerkraft". Die einzige verfügbare Theorie von Aristoteles ließ alle Objekte in Richtung des Zentrums des Universums fallen. Wenn die Erde nicht in der Mitte war, wohin sind dann alle Gegenstände gefallen? Copernicus gab keine schlüssige Antwort.
  • Isaac Newton hat dies zufriedenstellend gelöst.
• Das kopernikanische Modell war noch komplizierter als das ptolemäische Modell (48 statt 40 Epizyklen) und lieferte dafür praktisch keine zusätzliche Präzision.^[2]
  • Johannes Kepler ersetzt die kreisförmigen Bahnen durch elliptische Bahnen, mit denen die Epizykel zerfielen.
• Aufgrund eines optischen Effekts wurden Sterne bei Teleskopbeobachtungen als Scheiben beobachtet, und anscheinend konnte man ihren Durchmesser – und damit auch ihre Größe – bestimmen, sofern der Abstand angegeben ist. Im kopernikanischen Modell ergab dies ein unplausibles Ergebnis (unwahrscheinliche Größe der Sterne), ein anti-kopernikanisches Argument, das Giovanni Battista Riccioli 1651 wurde in seinem thoroughly Almagestum Novum.^[3] Die Erfindung des Teleskops lieferte zunächst mehr „widerlegende Beweise“ für das heliozentrische Modell als Argumente.^[4]

Owen Gingerich zeigte, dass Der Revolutionibus von jedem Astronomen mit großer Aufmerksamkeit gelesen (Randnotizen), aber zu viele Einwände erhoben, um als mehr als eine mathematische Konstruktion angesehen zu werden. Das heliozentrische Weltbild wurde erst mit der Entwicklung von Wissenschaft und Beobachtung 70 Jahre nach Kopernikus' Tod so richtig populär: Johannes Kepler formuliert im Jahre 1609 his Bewegungsgesetze für die Planeten, so dass die vielen Epizykel im Modell durch Ellipsen ersetzt werden konnten. Galileo Galileo beobachtete 1610 die Phasen der Venus mit einem Teleskop. Die Gravitation wurde 1687 von . eingeführt Isaac Newton als Kraft zwischen Massen beschrieben. Die Parallaxe blieb ein Problem. Die Sterne sind so weit entfernt, dass ihre Parallaxe für Jahrhunderte unmerklich klein wäre. Es dauerte bis 1838, dass Friedrich Bessel demonstrieren die erste Sternparallaxe. Als die wichtigsten wissenschaftlichen Einwände von Kepler und Galileo ausgeräumt worden waren und Galileo sich öffentlich für Kopernikus einsetzte (keplers Werk ignorierte und falsche Argumente vorbrachte), brach eine Kontroverse aus, als das Buch von Kopernikus 1616 über die Index wurde in Erwartung von Korrekturen durch die Kirche (die 1620 verfügbar wurde) gestellt.

Wissenschaftliche Basis

Das Weltbild von Kopernikus basiert auf den Positionen der Sonne und der Planeten zueinander und nicht so sehr auf der Rotation der Erde selbst. Damals gab es noch keine empirische Grundlage für die von ihm aufgestellte Theorie. Ironischerweise gab es auch keine empirische Unterstützung für den Geozentrismus. Tatsächlich sind sowohl das koperkanische als auch das ptolemäische geozentrische Modell nur mathematische Beschreibungen und keine Theorien. Beide erklären die Positionen der Planeten, beantworten aber nicht die Frage, warum die Bewegungen so sind.

Tycho Brahe, der an einer geozentrischen Weltanschauung festhielt, versuchte, die Theorie des Kopernikus zu erläutern verfälschen durch Beobachtungen. Basierend auf seinen Daten, die ohne Teleskop fertig war, entwickelte er eine neue Theorie: Mond und Sonne drehten sich in konzentrischen Kreisen um die Erde. Die Planeten wiederum kreisten um die Sonne. Dieses Weltbild kann als Übergang vom Geozentrismus zum Heliozentrismus gesehen werden. Brahes Assistent und Nachfolger Kepler verwendete später seine Beobachtungen des Mars als Grundlage für die Formulierung seines berühmten Keplers Gesetze.

Der Aufstieg des Heliozentrismus kam aufgrund der Beobachtungen, die Galileo Galileo 1609 mit dem neu erfundenen Fernrohr und den Keplerschen Gesetzen.

• Keplers Gesetze beschreiben die Positionen der Planeten am Himmel viel einfacher und genauer als die Modelle von Ptolemäus und Kopernikus. Die Keplerschen Gesetze beschreiben die elliptischen Bahnen um die Sonne.
• Galileo beobachtete mit seinem Teleskop die Phasen von Merkur und Venus. Dies würde bedeuten, dass sie sich während ihrer Bewegung von der Erde aus gesehen vor, neben und hinter der Sonne befinden.
• Galileo sah auch, dass es Monde gibt, die Jupiter umkreisen. Anscheinend könnten sich Himmelskörper auch umeinander drehen statt nur um die Erde.

Diese drei Beobachtungen machten eine heliozentrische Idee viel plausibler als eine geozentrische, zumindest für die sich nahe der Sonne bewegenden Objekte. Die heliozentrische Idee ist konsequenter, während die geozentrische Idee der Erde eine ganz andere Position gibt.

Damals fehlte nur noch eine Antwort auf die Frage, warum sich Objekte scheinbar umeinander drehen. Isaac Newton hat diese Frage mit seinem Gravitationsgesetz beantwortet. Newton kam zu dem Schluss, dass sich die Himmelskörper gegenseitig anziehen. Die Größe der Kraft hängt von der Masse der beiden Himmelskörper und ihrem Abstand voneinander ab. Bei konstanten Bahnen ist die Kraft gerade groß genug, um die Bahn stabil zu halten. Wenn die Kraft zu klein wäre, würden die Himmelskörper schließlich auseinanderdriften. Wenn die Kraft zu groß war, würden sie schließlich miteinander kollidieren.

Jenseits des Sonnensystems

Bereits im 16. Jahrhundert Giordano Bruno schlug vor, dass die Sonne ein Stern war, wie viele andere auch. Planeten würden sich um diese Sterne drehen, wie unsere Sonne. Diesen Gedanken hat er in seinem Buch beschrieben De l'Infinito, Universo und Mondic.

Später stellte sich heraus, dass die Sonne nicht im Zentrum des Universums stand. Die Arbeit von William Herschel ab 1802. Er entdeckte, dass sich die Sonne relativ zu den Sternen bewegt. Er hatte 20 Jahre lang 90.000 Sterne studiert und kam zu dem Schluss, dass die Milchstraße eine flache Sternenscheibe war und dass die Sonne nicht mehr als einer dieser Sterne war.

Später stellte sich auch heraus, dass die Milchstraße nur eine von vielen war Galaxien und nach gegenwärtigen Vorstellungen gibt es keinen Teil des Universums, der spezieller wäre als der andere, um als „Zentrum“ gelten zu können.

Das Tychonische Modell

Frontispiz der Novum Almagestum von Riccioni von 1651. Ptolemaios liegt auf dem Boden, gefällt durch die Teleskopbeobachtungen. Die Waage wiegt zu Gunsten von Tycho. Dies war das Buch, nach dem Urban VIII. Galilei gefragt hatte.

Tycho Brahes Modell, das Tychon-Modell, ist nicht sehr bekannt. Dieses Modell ist nicht zu verwechseln mit dem (ebenfalls geozentrischen) Modell von Claudius Ptolemäus. Tycho Brahe sagt, dass die Erde im Zentrum steht, dass sich der Mond und die Sonne um die Erde drehen und die anderen Planeten sich um die Sonne drehen.

In gewisser Weise ist dieses Weltbild eine Variante des Heliozentrismus, denn man kann sich immer fragen, was sich in einer Bewegung wirklich bewegt. Was passiert wirklich, wenn sich Erde und Sonne drehen? Dreht sich die Erde um die Sonne, dreht sich die Sonne um die Erde, drehen sich Erde und Sonne umeinander oder stehen beide still und der Rest des Universums dreht sich um sie? Zum Beispiel könnte ein gehender Mensch behaupten, dass sich die Erde unter ihm bewegt, während er selbst an Ort und Stelle bleibt. Dabei ist unschwer zu erkennen, dass die gegenseitigen Bewegungen der Himmelskörper genau dem Vorbild von Tycho Brahe entsprechen. Gegen die Epizykel ist nichts einzuwenden, die von Galileo entdeckten Venusphasen sind richtig, ebenso die Tatsache, dass Venus und Merkur immer in Sonnennähe sind. Und die Tatsache, dass Jupiter Monde hat, sollte auch kein Problem sein.

Man könnte sich fragen, warum Gelehrte des 17. Johannes Kepler und Galileo Galileo, bevorzugte das heliozentrische Modell von Copernicus gegenüber dem geozentrischen Modell von Tycho Brahe. Nach Bernard Plouvier^[5] das Festhalten an dem von Kepler damals schon übertroffenen Kopernikanismus ist auf Galileis "Größenwahn" zurückzuführen. Das JesuitGiovanni Battista Riccioli schrieb 1651 das Buch, das der Papst eigentlich von Galilei angefordert, aber nicht erhalten hatte: eine wissenschaftliche Einschätzung der Weltsysteme: Almagetum Novum. Laut Edward Grant^[6] Ricciolis Buch 9 war „die vielleicht umfassendste, tiefste und maßgeblichste Analyse dieser Frage von allen Autoren des 16. und 17. Jahrhunderts“. Riccioli kommt nach 126 Argumenten zu dem Schluss, dass eine modifizierte Version von Tychos System die meisten Vorteile bietet.

Kepler und Galilei

Ein eher technisches Argument für Heliozentrismus findet sich in der Keplers Gesetze Law. Das dritte Gesetz gibt eine Beziehung zwischen der Umlaufzeit t eines Himmelskörpers um die Sonne und die Länge der großen Halbachse ein. Dieser ist: t²/ein³ = konstant. Die Keplerschen Gesetze gelten nur für Planeten, die die Sonne umkreisen. Die Umlaufzeit des Mondes um die Erde war daher unterschiedlich.

Galileo entdeckte die Monde des Jupiter. Er stellte fest, dass diese Monde dem dritten Keplerschen Gesetz entsprechen, jedoch mit einer anderen Konstanten als die Planeten. Anscheinend gilt das dritte Keplersche Gesetz, aber die Konstante hat nicht immer den gleichen Wert. Aber dann ist der Erdmond nicht mehr so ​​dissident: Für den Erdmond gilt eine andere Konstante.

Was bestimmt diese Konstante? Schauen wir uns die drei verschiedenen Konstanten an:

Eine Konstante von ${displaystyle scriptstyle 9.83cdot 10^{-14} s^{2}/m^{3}}$ für das System

• Erde Mond

Eine Konstante von ${displaystyle scriptstyle 2.95cdot 10^{-19} s^{2}/m^{3}}$ für die Systeme

• Erde-Sonne
• Sonne-Quecksilber
• Sonne-Venus
• Sonne-Mars
• Sonne-Jupiter
• Sonne-Saturn

Eine Konstante von ${displaystyle scriptstyle 3.11cdot 10^{-16} s^{2}/m^{3}}$ für die Systeme

• Jupiter-Io
• Jupiter-Europa
• Jupiter-Ganymed
• Jupiter-Callisto

Was können wir daraus schließen? Wenn wir uns die drei Reihen ansehen, scheint es, dass in jeder Reihe alle Werte einen Himmelskörper gemeinsam haben. In der zweiten Reihe ist es die Sonne und in der dritten Jupiter. Anscheinend gibt es in jedem System einen Himmelskörper, der vorgibt, wie groß die Konstante ist. Außerdem ist bei Jupiter deutlich zu erkennen, dass Jupiter größer ist als die vier Monde und dass sich Jupiter im Zentrum befindet (d. In der zweiten Reihe gibt die Sonne vor, wie groß die Konstante ist, und daraus kann geschlossen werden, dass die Sonne bei weitem die größte ist und außerdem die Sonne in der Mitte steht.

Moderne Ansichten

Das heliozentrische Weltbild im absoluten Sinne ist falsch. Zunächst ist es sinnvoller, von . zu sprechen Massezentrum als vom Zentrum eines Himmelskörpers. Der Massenmittelpunkt wird als Mittelpunkt aller Massen im Sonnensystem bezeichnet. Da sich mehr als 99% der gesamten Masse in der Sonne befinden, befindet sich der Massenschwerpunkt in der Sonne, aber nicht genau im Sonnenzentrum. Um diesen Massenschwerpunkt dreht sich also auch die Sonne, was als „Wackeln“ wahrgenommen werden kann. Dieses Massenzentrum umkreist wiederum die Galaxie, und die Galaxie kann ihrerseits das Universum umkreisen.

Zweitens gilt es nur für das Sonnensystem. Wie bereits erwähnt, ist die Sonne ein Stern, der Teil einer Galaxie ist. Die Galaxie ist wieder Teil einer Reihe von Galaxienhaufen und Superhaufen. Die Sonne ist nicht das Zentrum unserer Galaxie und unsere Galaxie ist wiederum nicht das Zentrum des Universums.

In modernen Weltbildern gibt es kein Zentrum von allem mehr, denn Raum und Zeit sind nicht begrenzt und für jeden Betrachter anders. Jeder Punkt könnte als Zentrum des Universums bezeichnet werden.

Moderne Kräftetheorien basieren nicht auf einer absoluten Wahrheit, sondern auf einem Regelwerk, das den Beobachtungen am ehesten entspricht. Bis Anfang des 20. Jahrhunderts waren die drei Newtonschen Gesetze, ergänzt durch die Gravitationstheorie, die Theorie, die die Bewegungen von Planeten am genauesten beschrieb. Es gibt jedoch ein paar Züge, die von seiner Theorie abweichen:

• Die Umlaufbahn von Merkur ist nicht ganz richtig. Lange dachte man, es gäbe einen zusätzlichen Planeten zwischen Merkur und Sonne.
• Die Theorie sagt nichts über die Bewegung des Lichts aus. Die Lichtbewegung ist in alle Richtungen immer gleich schnell. Da sich die Lichtstrahler relativ zueinander bewegen, führt dies zu einer Zeitdilatation (Zeit wird nicht von allen gleich wahrgenommen).
• Sterne bewegen sich relativ zueinander anders, als dies aufgrund der Gravitationstheorie zu erwarten wäre.

Albert Einstein hat mit dem generelle Relativität einen Großteil dieser Abweichungen beseitigt. Die Merkurbahn ist nun korrekt, die Bewegung des Lichts wurde erklärt und die Konzepte der dunklen Materie und der dunklen Energie für die Bewegung von Sternen und Galaxien eingeführt. Einsteins Theorie unterscheidet sich inhaltlich stark von Newtons (andere zugrunde liegende Prinzipien), aber in der Präzision sind beide auf unserer beobachtbaren Skala gleich genau. Allerdings ist Newtons Theorie viel einfacher zu verstehen und anzuwenden. Einsteins Theorie wird hauptsächlich im astronomischen Maßstab angewendet.

Verweise

Siehe auch

• Geozentrizität