Geozentrisches Weltbild

Geozentrisches Weltbild im Mittelalter aus der Schedelschen Weltchronik um 1493

Im geozentrischen Weltbild ( altgriechisch γεοκεντρικό geokentrikó „erdzentriert“) steht die Erde im Zentrum des Universums und wird von den Himmelskörpern Mond, Sonne, Planeten und Fixsternen umkreist. Das geozentrische Weltbild entstand im klassischen Altertum in Griechenland, insbesondere bei Aristoteles (384–322 v. Chr.), und war dann in Europa für etwa 1800 Jahre die vorherrschende Auffassung. Es wurde auch im alten China und in der islamischen Welt gelehrt. Ob es bereits vor den Griechen im alten Mesopotamien vertreten wurde, ist nicht sicher. In der Renaissance wurde das geozentrische durch das heliozentrische Weltbild abgelöst, das in seiner ersten Form mit der Sonne als Mittelpunkt des Kosmos bei Aristarchos von Samos (310–230 v. Chr.) ebenfalls in der Antike erschien.

Die Bewegungen von Mond, Sonne und Planeten um die Erde erscheinen unterschiedlich und meist etwas langsamer als die Drehung des Fixsternhimmels. Nach dem einfachsten geozentrischen System erfolgen sie daher in verschiedenen, von innen nach außen konzentrisch angeordneten rotierenden Sphären, deren Achsen durch das Erdzentrum gehen. [1] Diese Sphären wurden teilweise als durchsichtige Hohlkugeln aufgefasst. An der äußersten und schnellsten Sphäre sind die Fixsterne befestigt. Weitere Einzelheiten in den beobachteten Unregelmäßigkeiten machten es nötig, den beweglichen Sternen statt der einfachen Kreisbahn zusammengesetzte Kreisbahnen zu geben ( Epizykeltheorie) und, nach einer Hipparch zugeschriebenen Idee, die Erde aus dem genauen Mittelpunkt der Planetenbewegungen zu verschieben. Durch Claudius Ptolemäus (ca. 100–160 n. Chr.) nahm das geozentrische Weltbild die Form eines mathematisch detailliert ausgearbeiteten Systems zu Berechnung der Positionen der Gestirne am Himmel an. Dabei wurde seit Aristoteles überwiegend eine Kugelform der Erde angenommen. Das geozentrische Weltbild ist nicht mit dem Konzept der flachen Erde zu verwechseln.

Griechische Antike

Die Erde im Zentrum

Geozentrisches Weltbild in der Variante der Homozentrik (oben) im Gegensatz zum heliozentrischen Weltbild (unten)

Das geozentrische Weltbild basiert auf der Annahme, dass die Erde und damit mittelbar auch der Mensch im Zentrum des Universums sei, und dass alle Bewegungen des Mondes, der Sonne und der Planeten geometrisch auf Kurvenbewegungen abliefen um die als ruhend oder um ihre Achse rotierend gedachte Erde. Beim homozentrischen System des Eudoxos von Knidos (ca. 390–338 v. Chr.) findet diese Kurvenbewegung auf Kreisbahnen statt, deren Achsen durch das Erdzentrum gehen und somit perfekt erscheinen. [2]

Apollonios von Perge (262–190 v. Chr.) und Hipparchos (ca. 190–120 v. Chr.) passten in ihren Modellen die planetarischen Bewegungen mit Hilfe von Exzentern und Epizykeln den Beobachtungsdaten besser an. Herakleides Pontikos (ca. 390–322 v. Chr.) wird ein System zugeschrieben, bei dem sich die Planeten Merkur und Venus um die Sonne drehen, die sich ihrerseits wie der Mond und die Fixsternsphäre um die in ihrer Zentralstellung bewahrte Erde dreht. [3] Dies stellt einen Kompromiss zwischen dem geozentrischen und dem heliozentrischen Weltsystem dar. In der neueren Forschung ist es allerdings heftig umstritten, ob Herakleides dieses Weltsystem lehrte. [4]

Eine wichtige Begründung des geozentrischen Weltbildes lag in der Beobachtung, dass die Erde als ruhend empfunden wird und von den Himmelskörpern umkreist wird. Weiterhin ließ sich die Schwerkraft leicht damit erklären, dass alles Schwere seinem natürlichen Ort zustrebe, der nur der Mittelpunkt der Welt sein könne. Auch Aristoteles war ein einflussreicher Verfechter des geozentrischen Weltbilds. Die Aristotelische Physik verträgt sich aber streng genommen nicht mit den Hilfsannahmen von Exzentern, Epizyklen und Ausgleichspunkten. Am besten harmoniert sie mit der homozentrischen Variante. Von der Sonne und den Planeten nahm man teilweise an, sie bestünden aus einem überirdischen „fünften Element“, der Quintessenz, dessen natürliche Bewegung die Kreisbahn sei.

Ptolemäisches Weltbild

Schleifenbahn eines Planeten nach der Epizykeltheorie. Die Erde steht zwar weiterhin im Zentrum, die Planeten beschreiben um sie aber keine vollkommene Kreisbahn mehr.
Hauptartikel: Epizykeltheorie

Claudius Ptolemäus (ca. 100–160 n. Chr.) verwendete die sogenannte Epizykeltheorie, insoweit wird dann auch vom Ptolemäischen Weltbild gesprochen, welches mit dem Werk Mathematices syntaxeos biblia XIII das geozentrische Weltbild für fast 1500 Jahre festschrieb. Er arbeitete mit Ausgleichspunkten um fiktive, exzentrisch gelegene Punkte unter Einschluss von Exzentern und Epizykeln zu erhalten.

Eine Herausforderung für das geozentrische Weltbild waren die gelegentlich auftretenden, scheinbar rückwärtigen Bewegungen der äußeren Planeten, beispielsweise des Jupiters, gegen den Sternenhintergrund. Sie führt insgesamt aus der Erdperspektive zu einer scheinbaren Schleifenbewegung des Planeten. Dieses auch als „ retrograde Bewegung“ bezeichnete Phänomen tritt gerade dann auf, wenn der Planet der Erde am nächsten ist. Um die astronomischen Beobachtungen mit dem geozentrischen Weltbild in Einklang zu bringen, wurde es notwendig, einen Teil der Himmelskörper auf ihren Bahnen weitere Kreise um diese Bahn ziehen zu lassen. Dies sind die sogenannten Epizykel, kleine Kreise, auf denen sich die Planeten bewegen. Danach bewegen sich die äußeren Planeten in einer Kreisbahn um einen gedachten Punkt, der wiederum die Erde umkreist. Ein Planet bewegt sich zunächst auf einem gleichförmig durchlaufenen Tragekreis (Deferent). Auf diesem rotiert gleichförmig ein zweiter Kreis, der sogenannte Aufkreis (Epizykel). Der Planet selbst läuft gleichförmig auf dem Aufkreis um. Das Zentrum des Aufkreises rotiert gleichförmig um den Mittelpunkt des Tragekreises. Damit stellt sich der von der Erde aus beobachtete Planetenumlauf als Überlagerung dieser Bewegungen dar. Teilweise wurden dann auch noch weitere Bahnen um diese Kreise modelliert. Berechnungen innerhalb dieses Modells waren sehr kompliziert. Durch den Einsatz von etwa 80 solcher Bahnen konnte Ptolemäus die damals möglichen Beobachtungen der Planetenbewegungen in Einklang mit der Geozentrik bringen.

Bei der Sonne tritt keine Retrogression auf. Die Ptolemäische Astronomie verknüpfte die Planetenbewegung mit dem Sonnenumlauf unter der Prämisse der Geozentrik und ermöglichte mit ihrem komplexen Modell weitgehend zutreffende Vorhersagen. Im heliozentrischen Weltbild lässt sich die retrograde Bewegung ohne Epizyklen erklären.

Außerdem war die Erde im Ptolemäischen System nicht im Mittelpunkt des Deferenten, sondern wie bei Hipparch verschoben ( Exzenter). Die Planeten und die Sonne rotierten auf dem Deferenten auch nicht gleichförmig um den Mittelpunkt. Die gleichförmige Bewegung erfolgte stattdessen um einen weiteren Punkt, den Äquanten, der auf der Geraden durch Mittelpunkt des Deferenten und Erde lag.

Ptolemäisches System mit Epizykel um Deferent (gestrichelter Kreis), Lage von Äquant (schwarzer Punkt), Mittelpunkt des Deferenten (Kreuz) und Erde
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