Die Geschichte der Astronomie: Die Entdeckung anderer Welten

Die Astronomie ist eine der ältesten und zugleich eine der modernsten Wissenschaften. Seit frühester Zeit richten Menschen überall auf der Welt ihren Blick in den Himmel. Manche von ihnen nahmen Muster in der Bewegung oder im Aussehen der Sterne wahr, die sie mit dem Leben auf der Erde in Verbindung brachten. Der Einfluss des Himmels auf die Erde war eindeutig: Die Sterne zeigten den Wechsel der Jahreszeiten an, und die Gezeiten folgten erkennbar den Mondphasen und dem täglichen Lauf der Sonne.
In Ihrem Buch «Die Geschichte der Astronomie» nimmt uns die Autorin und Professorin für Physik und Astronomie Karen Masters mit durch die Sternenkunde und Wissenschaftsgeschichte – von frühen Sternenatlanten bis Stephen Hawking.

In diesem Beitrag möchten wir in drei der sechs Kapitel eintauchen und Ihnen so bereits einen Eindruck der Entwicklung dieser spannenden Materie verschaffen.
Viel Vergnügen beim Lesen.

Sternatlanten

Sternkarten gehören zu den schönsten Zeugnissen der Astronomie. Sie verblüffen uns mit ihrer Pracht, Vielfalt und Schönheit. Daher ist das erste Kapitel im Buch den Sternkarten aus verschiedenen Zeiten und Kulturen gewidmet. Die ersten Sternkarten wurden nicht in Form von Büchern verbreitet. Vielmehr zeugen Höhlenzeichnungen, Steinritzungen, Tontafeln und andere Objekte von der Faszination, die der Nachthimmel auf unsere Vorfahren ausübte. Zur frühesten Sternkarte überhaupt gibt es viele Theorien. Eine höchst umstrittene These behauptet, ein 32 000 Jahre altes Stoßzahnfragment aus dem Achtal (AT) zeige eine Darstellung des Sternbilds Orion. Auch mehrere prähistorische Höhlenzeichnungen von Tieren oder Menschen werden als Darstellungen von Sternbildern interpretiert. Aus dem 7. Jh. v. Chr. stammt das MUL.APIN (oder der Pflug/Große Wagen), eine Tontafel mit Aufzeichnungen zur babylonischen Astronomie und Astrologie, die einen Katalog von Sternbildern enthält.

MUL.APIN. British Museum, 2020. https://www.britishmuseum.org/collection/image/152339001 ©Wikimedia Commons

Ein weiteres berühmtes (und ebenfalls viel diskutiertes) Beispiel für einen frühen Sternatlas – oder zumindest eine Darstellung des Nachthimmels – ist die Himmelsscheibe von Nebra aus Bronze, die um 1600 v. Chr. in der frühen Bronzezeit entstand. Die darauf abgebildeten Formen sollen die Sonne oder den Vollmond, den zunehmenden Mond und die Plejaden (eine Sterngruppe mit sieben Hauptsternen) repräsentieren.

Die Himmelsscheibe von Nebra (nebra disc). Frank Vincentz, 2022. ©Wikimedia Commons

Laut der antiken griechischen Mythologie hatte Atlas (der Titan, nach dem alle Kartensammlungen benannt sind) die Aufgabe, das Himmelsgewölbe bis in alle Ewigkeit zu stützen. Atlas-Statuen tragen häufig eine mit Sternen und Sternbildern verzierte Himmelskugel. Das gilt auch für die älteste bekannte Atlas-Statue, den Atlas von Farnese, der auf 150 v. Chr. datiert wird. Die Kugel, die auf seinen Schultern ruht, ist zugleich die früheste bekannte Darstellung der klassischen (griechischen) Sternbilder, die es damals wahrscheinlich schon viele Hunderte, wenn nicht Tausende von Jahren gab. Sternbilder sind Punkt-zu-Punkt-Bilder, deren Linien von Menschen gezogen wurden, sodass geografisch voneinander unabhängige Kulturen im Laufe der Menschheitsgeschichte unterschiedliche Konstellationsmuster entdeckten, obwohl sie alle dieselben Sterne beobachteten.

Eine Atlas-Skulptur in Amsterdam (Atlas inside the royal palace, Amsterdam, Netherlands). Jacob van Campen,1655. https://www.paleisamsterdam.nl/en/discover-palace/atlas/ ©Wikimedia Commons

Eine weitere schöne Sternkarte aus früherer Zeit ist die in Stein gravierte Cheonsang Yeolcha Bunyajido aus Korea. Sie entstand im 14. Jahrhundert während der Joseon-Dynastie und zeigt Sternbilder, die damals in Korea zu sehen waren.

Cheonsang Yeolcha Bunyajido: Diese aus dem 14. Jh. stammende Sternkarte zeigt 1467 Sterne, die damals von Korea aus sichtbar waren. Sie wurde bis zum 19. Jh. standardmäßig verwendet und dann von westlichen Planisphären verdrängt. ©Wikimedia Commons PD

In der arabischen Welt des Mittelalters waren Astrolabien besonders beliebt. Da sie oft aus Metall gefertigt wurden, sind viele von ihnen erhalten geblieben. Astrolabien bildeten den Sternenhimmel ab – noch bevor es gedruckte Karten gab. Sie bestehen aus mehreren Metallscheiben, die sich gegeneinander verdrehen lassen, sodass sich an den Positionen der abgebildeten Sterne der Breitengrad eines Standpunktes ablesen lässt.

Persisches Astrolabium (Modern Persian astrolabe). Jacopo188, 2011. ©Wikimedia Commons

Eine der frühesten bekannten Sternkarten aus Papier ist die Sternkarte von Dunhuang, die während der frühen Tang-Dynastie (7. Jh.) entstand. Die Sterne sind der chinesischen astronomischen Tradition entsprechend in 257 Gruppen und 12 Segmente eingeteilt (ein Segment pro Monat). Die Schriftrolle mit der Sternkarte lag jahrhundertelang in einer Höhle in der Wüste, bis sie Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckt wurde.

Sternkarte von Dunhuang. Laurascudder, 2006. The Dunhuang star map of 940 AD. Ursa major, sagittarius and capricornus are recognizable. The three colors (white, black and yellow) indicate the schools of astronomy of Shih Shen, Kan Te, and Wu Hsi. ©Wikimedia Commons

Moderne Sternkarten

Heute sind die traditionellen Sternbilder vor allem wegen ihrer kulturgeschichtlichen Bedeutung von Interesse; für die Wissenschaft spielen sie keine Rolle mehr. Dennoch verwenden heutige Astronom:innen immer noch Namen, die sich (größtenteils) an den traditionellen griechischen Sternbildern orientieren. So erkannte die Internationale Astronomische Union 1922 insgesamt 88 Sternbilder offiziell an. Sich diese Muster einzuprägen ist für die Beobachtung von Sternen als Freizeitbeschäftigung nach wie vor nützlich, doch Profi- und zunehmend auch Amateurteleskope werden heute durch die Eingabe von Koordinaten in einen Computer gesteuert, sodass viele Astronom:innen nur sehr wenige Sternbilder aus dem Gedächtnis identifizieren können. Inzwischen wächst auch das Interesse an astronomischen Konzepten, die die (meist) europäischen Wissenschaftler:innen bislang links liegen ließen. Die meisten, wenn nicht alle Kulturen haben eine astronomische Tradition und einen Schatz überlieferter Geschichten über die Himmelsmuster. Menschen auf der ganzen Welt scheinen ein angeborenes Bedürfnis zu haben, Punkt-zu-Punkt-Bilder mit dem Himmel als Hintergrund zu zeichnen und die damit verknüpften Geschichten von Generation zu Generation weiterzugeben. Viele dieser Überlieferungen wurden bei der überstürzten Kartierung des Himmels während der Kolonialisierung ignoriert oder vergessen. Dies gilt vielleicht besonders für die Sternbilder des Südhimmels, aber auch für die Überlieferungen der nordamerikanischen Ureinwohner und der Kulturen Asiens und Afrikas. Auch wenn unsere Nächte heute hell erleuchtet sind und wir selten nachts draußen sitzen, um die Dunkelheit zu genießen, sind wir nach wie vor von Sternbildern fasziniert (die meisten von uns kennen zumindest ihr Sternzeichen). Das Wiedererlernen überlieferter Geschichten über die Sterne ermöglicht es uns, unsere jeweilige Kulturgeschichte wiederzuentdecken und eine tiefere Verbindung zur Natur zu finden.

Eine Karte mit den Sternbildern Bootes (Bärenhüter), Canes Venatici (Jagdhunde) und Coma Berenices (Haar der Berenike) aus einer Ende des 17. Jh. publizierten französischsprachigen Ausgabe des Atlas. ©Album-Alamy Stock Photo

Die Kartierung anderer Welten

Die Erforschung außerirdischer Welten nahm ihren Anfang, als die Menschen den Himmel nicht mehr als ein starres Hintergrundbild ansahen, das um die Erde kreist, sondern als einen Raum, den man bereisen konnte. Vor der Entwicklung von Teleskopen hatten die sieben «Himmelskörper» einen so hohen Stellenwert, dass sie den menschlichen Alltag nach einem Sieben-Tage-Schema strukturierten: Sonne, Mond, Mars, Merkur, Jupiter, Venus und Saturn – hier in der Reihenfolge der nach ihnen benannten Wochentage aufgelistet. Von den Planeten waren lange keine Einzelheiten zu erkennen, bis man Teleskope auf den Himmel richtete, doch weil sich Merkur und Venus selbst mit einem Teleskop nur schwer als «Welten» kartieren lassen, werden sie kaum je erwähnt. Nur wenn sie vor der Sonne vorüberziehen, finden sie wegen der Bedeutung dieser Ereignisse größere Beachtung. Interessanter sind da schon die Karten von Mars, Saturn und Jupiter. So rätselten Astronom:innen etwa über das sich verändernde Aussehen des Saturns, das durch die Neigung seiner Ringe zur Planetenebene (Ekliptik) verursacht wird, und das wechselhafte Aussehen von etwas, bei dem es sich, wie wir heute wissen, um Wolkenbänder in der Atmosphäre des Jupiters handelt. Vor allem der Mars wurde lange und detailliert beobachtet und kartografiert. Und weil er der Erde am ähnlichsten ist, hat sein veränderliches Erscheinungsbild immer wieder Spekulationen über die Existenz von Leben auf – oder unter – seiner Oberfläche befeuert.

Während des größten Teils der Menschheitsgeschichte ließen sich die fünf hellen Planeten oder «Wandelgestirne» (Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn) nur aufgrund ihrer eigentümlichen Bewegungen durch die Sternbilder des Tierkreises von den Sternen unterscheiden. Es heißt, Menschen mit besonders scharfen Augen könnten die Sichelphase der Venus erkennen, wenn diese unserer Erde am nächsten ist, und einige haben vielleicht auch festgestellt, dass Planeten nicht wie Sterne funkeln, wenn sie untergehen … Doch erst als sich Teleskope auf den Himmel richteten, begann man, die Planeten als andere Welten zu sehen, die sich kartieren ließen. Alles begann mit Galileo Galilei, der 1610 feststellte, dass die Planeten beim Blick durch sein Teleskop wie kleine Scheiben wirkten und nicht als Lichtpunkte erschienen wie die Fixsterne. Die meisten seiner frühen Berichte über diese Entdeckung beschränkten sich auf Beschreibungen, doch später fertigte er auch eine Reihe von Zeichnungen zu den Phasen der Venus, den Ringen von Saturn, Jupiter und Mars sowie zu den «Ohren» oder «Henkeln» des Saturns an.
Die beiden größten Planeten des Sonnensystems, Jupiter und Saturn, wirken manchmal genauso hell wie ihre uns näheren Geschwister. Sie wandern langsam durch die Sternbilder des Tierkreises: Jupiter braucht dazu 12 Jahre und Saturn 29 Jahre. Jupiter war bekanntlich eines der ersten Objekte, die Galilei mit seinem Teleskop anpeilte, als er die den Planeten umkreisenden Monde beobachtete. Zu den bekanntesten Merkmalen des Planeten gehört der «Große Rote Fleck», ein Sturm, dessen Ausdehnung größer ist als der Durchmesser der Erde. Er wurde bereits 1664 beobachtet und scheint seit einigen Jahren schwächer zu werden. Der Saturn ist vor allem wegen seiner wunderschönen Ringe bekannt. Er ist auch der Planet mit der größten Anzahl von Monden in unserem Sonnensystem, auch wenn Jupiter ihm diesen Titel zeitweise streitig macht, da immer mehr kleine Monde um beide Planeten entdeckt werden.

Dieses Gemälde des italienischen Malers Donato Creti aus dem Jahr 1711 zeigt Astronomen bei der Observation des Jupiters. Der Planet und drei seiner Monde sind so dargestellt, wie sie bei der Betrachtung durch ein Teleskop erscheinen würden. ©The Picture Art Collection-Alamy Stock Photo

Systema Saturnium

Das Werk Systema Saturnium (Systeme des Saturns) wurde etwa 50 Jahre nach Galileis ersten Teleskopbeobachtungen veröffentlicht. Darin stellte Christiaan Huygens (1629–1695) als Erster die These auf, dass das seltsame und veränderliche Erscheinungsbild des Saturns beim Blick durchs Teleskop auf einen «dünnen, flachen Ring» um den Hauptkörper des Planeten zurückgeht, der «zur Ekliptik geneigt» ist – was nichts anderes heißt, als dass wir den zur Planetenebene geneigten Ring von unserem Standort auf der Erde in verschiedenen Ansichten sehen, während sich der Saturn um die Sonne bewegt. Huygens war ein niederländischer Wissenschaftler, dessen Lebenszeit in die Ära der wissenschaftlichen Revolution in Europa fiel. Er leistete Bedeutendes auf den Gebieten der Mathematik, der Optik und der Mechanik sowie der Astronomie. Was Letztere betrifft, ist er vor allem wegen seiner Arbeiten über den Planeten Saturn bekannt, aber er soll auch der Erste gewesen sein, der eine detaillierte Karte des Mars gezeichnet hat. Systema Saturnium enthielt auch Skizzen von Jupiter und Mars sowie die erste bekannte Skizze des Orionnebels, durch ein Teleskop betrachtet (der Orionnebel ist ein Sternentstehungsgebiet in unserer Galaxie, das sich im «Schwert» des Orions befindet und mit bloßem Auge nur schwer auszumachen ist). Huygens nutzte sein Buch auch, um sich für das kopernikanische Modell unseres Sonnensystems einzusetzen: Er schätzte die relativen Entfernungen zwischen den Planeten und der Sonne, indem er ihre scheinbaren Größen bzw. Durchmesser zusammen mit der geschätzten Entfernung zwischen Sonne und Erde verwendete, um dem Sonnensystem einen Maßstab zu geben. In diesem Zusammenhang beschrieb er in Systema Saturnium, wie er bei Teleskopbeobachtungen die scheinbaren Durchmesser der Planeten mithilfe von dünnen, in das Teleskop eingeführten Stäben maß, um einen Maßstab festzulegen. Er war damit womöglich der Erste, der ein Teleskop für wissenschaftliche Messungen und nicht nur zur Beobachtung des Nachthimmels einsetzte.

Fotografie des Planeten Saturns durch ein Teleskop. ©Fiona Hofer

Moderne Astronomie

In den letzten 100 Jahren hat sich die Astronomie stark verändert. In den 1920ern stand außer Zweifel, dass das Universum größer ist als das Sonnensystem und dass die «Fixsterne» tatsächlich sonnenähnliche Objekte sind, überall im Weltraum verteilt und zu einer riesigen Struktur gehörend, die wir als Galaxie oder Milchstraße bezeichnen, weil sie nachts als helles Band am Himmel zu sehen ist. Damit war die Debatte über die Beschaffenheit des Universums natürlich nicht beendet. Seine schiere Größe wurde offenbar, als es Edwin Hubble in den 1920er-Jahren gelang, mit einer von Henrietta Leavitt entwickelten Methode die Entfernung zu sogenannten «Spiralnebeln» zu bestimmen. Und seine Beobachtung, dass sich fast alle Galaxien von uns wegbewegen – eine Schlussfolgerung aus den Analysen des Astronomen Vesto Slipher – führte zu der These von der Expansion des Weltalls nach einem «Urknall». Auch die Entwicklung der Fotografie ab Mitte des 19. Jahrhunderts ermöglichte entscheidende Fortschritte. Anstatt nachts stundenlang durch ein Teleskop zu schauen, sammelten die Astronom:innen Bilder (oder Spektren) von Himmelsobjekten, die sie später analysieren konnten. So erhielten auch Fachfremde Zugang zur Astronomie, die immer professioneller betrieben wurde. Die Astronomie war die erste Wissenschaft, die ab den 1980ern Digitalkameras (oder «ladungsgekoppelte Bauteile») einsetzte, mit denen sich viel mehr astronomische Daten viel effizienter als zuvor mit Computern verarbeiten ließen. Heutzutage reisen Astronom:innen nur noch selten zu einem der großen Teleskope, denn über das Internet können sie überall auf der Welt auf astronomische Daten zugreifen. Es wurden riesige optische Teleskope mit Spiegeldurchmessern von mehreren Metern an exponierten Stellen der Erde errichtet und sogar Teleskope in den Weltraum geschossen; mit gigantischen Radioteleskopen und empfindlichen Detektoren für energiereiche UV-, Röntgen- und Gammastrahlen werden Teile des elektromagnetischen Spektrums erforscht, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Doch damit nicht genug: 2015 wurden erstmals Gravitationswellen gemessen, die durch die Kollision zweier Schwarzer Löcher erzeugt worden waren. Nicht unerwähnt bleiben darf der Wettlauf um die Vorherrschaft im All. 1957 wurde der erste Satellit in den Weltraum geschossen, 1961 flog der erste Mensch ins All, 1969 landeten die ersten Menschen auf dem Mond. Mit Raumsonden wurden alle bekannten Planeten erkundet, und die Sonden Voyager 1 und Voyager 2 haben mittlerweile unser Sonnensystem nach der Erkundung seiner Randbereiche verlassen. Inzwischen ist sogar der Weltraum überfüllt – zumindest der erdnahe Raum. Seit dem 2. November 2000 befinden sich ständig Menschen im All – die Internationale Raumstation (ISS) ist seither ununterbrochen besetzt. Als die Autorin Karen Masters an diesem Buch arbeitete, umkreisten über 7000 künstliche Satelliten die Erde, und es werden jedes Jahr mehr. Wie in den meisten Wissenschaften hat sich auch in der Astronomie die Kommunikation enorm verändert. Neueste Forschungsergebnisse werden in Fachzeitschriften publiziert anstatt in Büchern. Lehrbücher oder populärwissenschaftliche Bücher, die Wissen auf anschauliche und/oder unterhaltsame Weise vermitteln, sind jedoch nach wie vor sehr beliebt. Und natürlich sind die Digitalaufnahmen des Nachthimmels, die heute für die Allgemeinheit leicht zugänglich sind, atemberaubend.

Das letzte Kapitel im Buch enthält eine kleine Auswahl der vielen Bücher, die in den letzten 100 Jahren auf dem Gebiet der Astronomie erschienen sind – eine bunte Mischung aus Bestsellern, wissenschaftlich bedeutenden Werken und einigen Lieblingsbüchern der Autorin.
Anbei eine kleine Auswahl:

Introduction to Astronomy
Cecilia Payne-Gaposchkin (1900–1979), so heißt es, habe die brillanteste Doktorarbeit verfasst, die je auf dem Gebiet der Astronomie geschrieben wurde. In dieser Arbeit wies sie nach, dass alle Sterne (und damit der größte Teil des Universums) hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen. Sie publizierte mehrere Bücher – unter ihnen auch diese faszinierende Einführung in die Astronomie aus dem Jahr 1954.

A Brief History of Time (Eine kurze Geschichte der Zeit)
In diesem 1988 sowohl auf Englisch wie auf Deutsch erschienenen Buch beschäftigt sich der weltbekannte Astrophysiker Stephen Hawking (1942–2018) mit unseren Vorstellungen vom Universum und mit dem Phänomen der Schwarzen Löcher. Hawking, der unter ALS litt, einer degenerativen Erkrankung des Nervensystems, ist als Wissenschaftsautor vielleicht genauso bekannt wie als Forscher. Eine kurze Geschichte der Zeit stand in den 1990er- Jahren lange Zeit auf den Bestsellerlisten. Angeblich haben es die meisten Leute, die es kauften, aber nie gelesen.[…]
2014 ist der schöne Film Die Entdeckung der Unendlichkeit (Originaltitel: The Theory of Everything) zum Leben und Schaffen Hawkings erschienen.

Hidden Figures: The American Dream and the Untold Story of the Black Women Mathematicians Who Helped Win the Space Race (Hidden Figures – unerkannte Heldinnen, auch: Im Kernschatten des Mondes: Die unbekannten Heldinnen der NASA)
Margot Lee Shetterly schildert in diesem Buch die Geschichte dreier afroamerikanischer Mathematikerinnen, die in den 1960er- und 1970er-Jahren für die NASA unter anderem die Flugbahnen für Raumfahrtmissionen berechneten. Die Originalausgabe wurde 2016, die erste deutsche Ausgabe 2017 veröffentlicht.
2016 erschien übrigens noch ein Film zum Buch mit demselben Titel.

A Galaxy of Her Own: Amazing Stories of Women in Space
Autorin dieses üppig illustrierten Jugendbuchs ist die britische Physikerin Libby Jackson, die in leitender Funktion für die britische Weltraumbehörde tätig ist. Das Buch richtet sich vor allem an junge Mädchen und erzählt die erstaunlichen Geschichten von Frauen, die – gestern wie heute – eine wichtige Rolle für die Raumfahrt spielten und spielen. Veröffentlicht im Jahr 2017.

Text: adaptiert und gekürzt aus «Die Geschichte der Astronomie»

Karen Masters ist Professorin für Physik und Astronomie am US-amerikanischen Haverford College in Philadelphia. Sie ist zudem leitende Forscherin des Citizen-Science-Projekts «Galaxy Zoo», bei dem Freiwillige Bilder von Galaxien analysieren und klassifizieren.