VON WELTBILDERN UND WELTRÄTSELN

Ein Überblick, .

. worin kurz der Gegenstand des Buches skizziert wird, wir anschließend einen Streifzug durch die Geschichte der Astronomie entlang ihrer Weltbilder und Rätsel antreten, dabei wichtige naturwissenschaftliche Meilensteine des spannenden 20. Jahrhunderts und damit verbundene offene Fragen näher in Augenschein nehmen, um schließlich zu dem kosmologischen Weltbild von heute zu gelangen.

Was ist Gegenstand dieses Buchs?

Die Fragen nach allem

Um es mit den Worten des Autors Douglas Adams zu sagen: Im Grunde geht es in diesem Buch um nichts weniger als um die Frage nach »life, the universe and everything«. Etwas trockener formuliert: um die Entstehung und den Aufbau unseres Universums und unseren Platz darin. Diese Frage ist beileibe nicht neu. Sie führt uns zur ältesten Wissenschaft der Menschheit, zur Astronomie. Das ist die Stern- und Himmelskunde, die sich mit der Erforschung des Weltalls befasst - mit Objekten wie der Sonne und den Planeten, Fixsternen und Galaxien, sowie mit ihrer Verteilung, Bewegung, physikalischen Funktionalität und chemischen Zusammensetzung. Die Astronomie hat im Laufe ihrer Erkenntnis- und Forschungsgeschichte große Wandlungen durchlebt, sich zunehmend entkoppelt sowie von einer ganzheitlichen Betrachtungsweise der Welt, der noch die Steinzeitmenschen und ersten Kulturvölker anhingen, emanzipiert und hin zu einer ausgewachsenen modernen Naturwissenschaft entwickelt.

© Sam Eadington/KOSMOS

Ein Zoom ins Universum: von der Erde mit 15 × 10 6 Metern über die inneren Planeten des Sonnensystems in jeweils 1000-facher Vergrößerung bis an die Grenzen des beobachtbaren Universums von 1,5 × 10 27 Metern.

Einfach gesprochen analysiert die moderne Astronomie zunächst die aus dem Kosmos kommenden optischen Signale. Auch solche, die über den sichtbaren Frequenzbereich hinausgehen - vom Gamma- und Röntgenbereich über Ultraviolett- und Infrarotstrahlung bis hin zum Radiobereich. Die Astronomie ist eng verknüpft mit der Astrophysik, die das Weltall mit physikalischen Methoden erforscht - beispielsweise mittels der Spektralanalyse, sprich der Zerlegung des Lichts in verschiedene Wellenlängenbereiche. Die Einbettung der kosmischen Strahlung in die astronomische Beobachtung führt zur Entwicklung der Astroteilchenphysik, womit kosmische Elementarteilchen als Signalformen ins Spektrum des beobachtbaren Universums hinzukommen. Dementsprechend werden in der heutigen >Multimessenger<-Astronomie ganz unterschiedliche Signale und Strahlungsarten aus dem Kosmos beobachtet. Dazu werden mannigfache experimentelle Apparaturen gebraucht, von klassischen Fernrohren, den Teleskopen, bis hin zu großflächig verteilten Detektorsystemen. Mit der noch jungen Entdeckung der von Albert Einstein vorhergesagten Gravitationswellen gewinnt das Spektrum der astrophysikalischen Untersuchungsmethoden eine weitere Facette hinzu. Die Multimessenger-Astronomie stellt die verschiedenartigen Signale aus dem Kosmos in einen gemeinsamen physikalischen Kontext - die Kosmologie.

Die Kosmologie ist die Lehre vom Weltall als ein einheitliches Ganzes. Auf der Grundlage astronomischer und astrophysikalischer Beobachtungen untersucht die heutige Kosmologie die Entstehung, die Entwicklung, das Alter, die Ausdehnung, die Zusammensetzung und die Struktur des Universums. Wie wir sehen werden, ist diese Art der Kosmologie noch verhältnismäßig jung. Obschon die Menschen seit Jahrtausenden in den Himmel blicken, um Jahreszeiten zu bestimmen und in Einklang mit der Welt zu kommen, erschien ihnen der Sternenhimmel unvergänglich - von vereinzelt aufscheinenden astronomischen Ereignissen einmal abgesehen. Erst seit 100 Jahren erkennen wir, dass dieser Sternenhimmel, wie auch das Weltall als Ganzes, dramatischen Veränderungen unterworfen ist. Wie schon den Altvorderen muss auch uns heute die Welt groß, geheimnisvoll und rätselhaft erscheinen. Doch die Welträtsel von damals, die das Weltbild der Menschen bestimmten, waren andere als die Rätsel der Gegenwart. Um den Wandel der Weltbilder und Welträtsel in der Menschheitsgeschichte besser zu verstehen und uns einzustimmen auf die 42 größten Rätsel der Astronomie heute, werden wir im folgenden Abschnitt einen kurzen Streifzug durch die Geschichte dieser faszinierenden Wissenschaft machen.

Der Kosmos und seine Rätsel im Spiegel der Geschichte

Die Kunst des richtigen Fragenstellens

Der Sternenhimmel übt auf die Menschen seit jeher eine große Faszination aus. Unerreichbar und doch vertraut, erscheint er uns zeitlos, geheimnisvoll und überwältigend. Kaum verwunderlich, dass systematische Himmelsbeobachtungen bereits von den Urmenschen betrieben wurden. Die geografische Ausrichtung von Grablegungen aus der Steinzeit zeugt von ihrer sehr genauen Kenntnis der Himmelsrichtungen. Megalithische Steinsetzungen wie zum Beispiel Stonehenge, das vor etwa 5000 Jahren errichtet wurde, beweisen überdies eine beeindruckende Leistung hinsichtlich Organisation und Logistik für den Bau der Anlagen, die der heutiger Großforschungsprojekte in nichts nachsteht. Solche steinzeitlichen Monumente dürften neben rituellen Zwecken in erster Linie als Hilfsmittel für die Einteilung der Kalenderzeiten gedient haben. Auch die Himmelsscheibe von Nebra aus der Bronzezeit legt davon Zeugnis ab. Durch die Einführung von Schrift und Zahlenarithmetik der sich anschließenden Hochkulturen in der Bronze- und Eisenzeit konnten die Himmelsbeobachtungen akribischer betrieben und dokumentiert werden, sie dienten fortan nicht nur zur Messung der Jahreszeiten, sondern auch zur Vorhersage von besonderen Himmelsereignissen, wie Mond- und Sonnenfinsternissen. Dementsprechend eng gekoppelt war die Astronomie an die Astrologie, die Vorhersagen über die angebliche Wirkung der Gestirne auf das Schicksal der Menschen macht. Doch ob Steinzeitgesellschaften oder später die Hochkulturen: Die astronomischen Beobachtungen waren fest eingebettet in die Schöpfungsmythen der Völker, die keinen geringeren Anspruch hatten, als das Rätsel der Weltschöpfung allumfassend zu beantworten, wobei jedes Volk sein eigenes kulturelles Steckenpferd verfolgte: Grob gesprochen verbanden die Babylonier die Astronomie mit dem Zählen und Rechnen, die Chinesen und Mayas mit ihren Chroniken. Für die Ägypter wie für die Chinesen spielte die Vorhersage von Sonnenfinsternissen eine herausragende Rolle, diente sie doch der eindrucksvollen Legitimation des gesellschaftlichen Systems - im Fall der Ägypter mit einem Pharao an der Spitze. Doch all den Weltbildern dieser Hochkulturen, ob sie nun auf Urschildkröten, Elefanten, einem Phönix oder allmächtigen Urgöttern gründeten, war eines gemeinsam: Sie haben aus heutiger Sicht mit der Entstehung und dem Aufbau des Universums so gut wie nichts gemein.

Eine bemerkenswerte Ausnahme bilden die alten Griechen. Nicht nur, weil ihr Schöpfungsmythos, wie ihn beispielsweise Thales von Milet und sein Schüler Anaximander formulieren, bereits anknüpft an eine recht modern anmutende Vorstellung von einer freischwebenden Kugelerde in Raum und Zeit. Die Griechen der Antike versuchen ernsthaft, die Himmelsmechanik und die darin verborgenen Gesetzmäßigkeiten systematisch zu ergründen. Sie lösen sich von einer rein passiven Betrachtung des Himmels, verfolgen experimentelle Ansätze und stellen ihre Beobachtungen auf ein mathematisch-geometrisches Fundament. Dafür schaffen Platon und Aristoteles im vierten Jahrhundert vor Christus einen naturphilosophisch-mathematischen Rahmen. Etwas später formuliert Aristarchos von Samos erstmals das heliozentrische Weltbild, wonach die Erde um die Sonne kreist und nicht andersrum die Sonne um die Erde. (Er sollte sich allerdings damit nicht durchsetzen und zunächst wieder in Vergessenheit geraten.) Mit erstaunlicher Genauigkeit bestimmt anschließend Eratosthenes von Kyrene als Erster mittels trigonometrischer Messungen den Erdumfang. Nicht minder beeindruckend ist die Bestimmung der Entfernung des Mondes von der Erde durch Hipparchos von Nicäa mit einem Fehler von nur wenigen Prozent.

Es ist schließlich Claudius Ptolemäus, der im ersten Jahrhundert nach Christus das Wissen der griechischen Antike zur Astronomie, Geografie und Astrologie als Standardwerk für nachfolgende Generationen zusammenfasst. Als Anhänger der aristotelischen Naturphilosophie vertritt er das geozentrische Weltbild, wonach die Erdkugel im Mittelpunkt der Welt steht und von den Wandelsternen (Sonne, Mond und die fünf damals bekannten Planeten) sowie dem Sternhimmel auf vollkommenen Kreisbahnen umrundet wird. Es sind die Araber, die sein Werk (wie das vieler anderer antiker Autoren) als Almagest (arabisch al-magist) über die Zeitenwenden der Geschichte und das lange Mittelalter hinweg bewahren und die Mathematik und Beobachtungstechniken weiterentwickeln. So wird das von den Arabern bewahrte und bereicherte griechische Erbe von den christlichen Scholastikern des Mittelalters wiederentdeckt und aufgegriffen. Doch um es in den Worten des Astronomen und Publizisten Dieter B. Herrmann zu sagen: »Man redet über den gestirnten Himmel, aber man betrachtet ihn nicht.«

Das ändert sich mit den überseeischen Entdeckungen, allen voran die von Amerika durch Christopher Kolumbus, womit für die atlantische Seefahrt die Notwendigkeit einer hochpräzisen Himmelsnavigation und Nautik entsteht. Kurz darauf folgt ein echter Paradigmenwechsel - die sogenannte kopernikanische Wende. Im 16. Jahrhundert...