Heute in der Wissenschaft: Johannes Kepler

Sonnensystem (nur 6 Planeten abgebildet) vonNASAund Kepler von unbekanntem Künstler viaWikimedia Commons.


27.12.1571.Der deutsche Astronom und Mathematiker Johannes Kepler wurde heute vor 446 Jahren geboren. Wir erinnern uns an ihn, weil er an das kopernikanische Modell geglaubt hat – ein sonnenzentriertes, nicht ein erdzentriertes Sonnensystem – als nur wenige andere es taten, und weil er die Wahrheit der Theorie durch seine drei berühmtenGesetze der Planetenbewegung. Er ist auch dafür bekannt, an der Wissenschaft der Brechung – der Aufspaltung von Licht in seine Komponentenfarben – und für die Grundlagenforschung hinter der Korrektur von Brillen zu arbeiten.

Kepler wurde geboren inWeil der Stadt, Deutschland an eine arme Familie. Im 16. Jahrhundert war die Religion noch für die Bildung der Bevölkerung verantwortlich, und so studierte Kepler an religiösen Schulen. 1589 begann er ein Studium an der Universität Tübingen. Er wollte Theologe werden, doch seine Ehrfurcht vor Gott führte ihn zur Astronomie. Der Zweck von Keplers Arbeit war immer religiös: Er wollte das Universum verstehen, um Gott zu verstehen.


Keplers Mathematiklehrer, deutscher AstronomMichael Maestlin, lieh Kepler ein kommentiertes Exemplar des Kopernikus-Buches,Kopernikus(Über die Revolutionen der himmlischen Sphären). Damals war die Idee einerErdzentriertes Universumunter Gelehrten seit langem akzeptiert. Kopernikus’ Sicht der Sonnenzentriertheit wurde zu seinen Lebzeiten von Gelehrten nicht akzeptiert, aber Kepler sagte, er könne Gottes Werk darin spüren. Er beschloss, sein Leben der Richtigkeit der Kopernikus-Theorie zu widmen. Er schrieb:

Die schärfste Kritik eines einzelnen intelligenten Mannes ist mir viel lieber als die gedankenlose Zustimmung der Massen.

1595 unterrichtete Kepler Mathematik an einem Gymnasium. Er war kein guter Lehrer, da er nicht dynamisch war und oft vor sich hin murmelte. Eines Tages, während er lehrte, hatte er eine tiefe (wenn auch falsche) Offenbarung. Er dachte, dass der Abstand der sechs damals bekannten Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter und Saturn) durch das Einschreiben und Umschreiben von Sphären unddie fünf platonischen Körper. Er schrieb:

Die Erde ist die Kugel, das Maß von allem; um ihn herum beschreiben Sie ein Dodekaeder; die Kugel einschließlich dieser wird der Mars sein. Der runde Mars beschreibt ein Tetraeder; die Kugel einschließlich dieser wird Jupiter sein. Beschreiben Sie einen Würfel rund um Jupiter; die Kugel einschließlich dieser wird Saturn sein. Schreiben Sie nun in die Erde ein Ikosaeder ein, die darin eingeschriebene Kugel wird Venus sein: Schreiben Sie ein Oktaeder in die Venus ein: Der darin eingeschriebene Kreis wird Merkur sein.




Diese Arbeit erwies sich als falsch, schien aber zunächst wahr zu sein, da es für alle Planeten mit Ausnahme des Jupiter eine Übereinstimmung von 5 Prozent gab. Kepler arbeitete jahrelang an der Idee und versuchte, sie zu beweisen.

Keplers Sonnensystem von seinemMystery Cosmographicum, 1596 überWikimedia Commons.

1600, der frühe AstronomWilliam Gilbertveröffentlichte sein berühmtes FrühwerkVon Magnete, eine Diskussion über die magnetische Natur der Erde. Kepler begriff, dass Magnetismus der Schlüssel sein könnte, um ein erklärendes System zu findenDie rückläufige Bewegung des Mars. Auch hier lag er falsch, aber wie so oft in der Wissenschaft führte ihn der falsche Weg schließlich zu einer großen Entdeckung.

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Kepler brauchte genaue Daten, um das zu gewinnen, was er als das bezeichneteKrieg mit dem Mars. Aber er wusste, dass die astronomischen Datentabellen seiner Zeit ungenau waren und die Aufgabe nicht erfüllen würden. In der Zwischenzeit, ebenfalls im Jahr 1600, war der dänische Astronom Tycho Brahe dabei, viel genauere astronomische Daten über die Positionen der Planeten zu sammeln. Er lud Kepler in sein Schloss und seine Sternwarte ein,Uraniborg, in der Nähe von Prag.

Die beiden Astronomen verstanden sich zunächst nicht. Kepler wollte das Geheimnis des Himmels lösen; Tycho wollte seine Daten nicht wirklich teilen und verbrachte seine Zeit damit, Gäste zu unterhalten und zu trinken.

Doch nur ein Jahr nach Keplers Ankunft starb Tycho unter seltsamen Umständen und vermachte Kepler seine astronomischen Messungen.

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Keplers 1. Gesetz besagt, dass sich Planeten auf einer elliptischen Bahn um die Sonne bewegen, wobei die Sonne in einem Brennpunkt der Ellipse liegt. Bild überOneMinuteAstronom.

Tychos Daten ermöglichten es Kepler, sein Modell für die Planetenbewegung zu verfeinern. Es führte ihn zu dem, was wir heute Kepler’s nennendrei Gesetze der Planetenbewegung. DieErstes Gesetz der PlanetenbewegungZustände:

Planeten bewegen sich auf einer elliptischen Bahn um die Sonne, wobei die Sonne einer der Brennpunkte ist.

Kepler schrieb:

Ich war fast in den Wahnsinn getrieben, diese Sache zu bedenken und zu berechnen. Ich konnte nicht herausfinden, warum der Planet lieber auf einer elliptischen Umlaufbahn fahren würde. Oh, lächerlich ich! […] Mit einer aus physikalischen Prinzipien abgeleiteten Argumentation, die mit der Erfahrung übereinstimmt, gibt es für die Umlaufbahn des Planeten keine Figur mehr als eine perfekte Ellipse.

Eine Illustration des zweiten Keplerschen Gesetzes. Bild über Gonfer überWikimedia Commons.

Diezweites Gesetz der PlanetenbewegungZustände:

Ein Planet im Orbit überstreicht in gleichen Zeitintervallen gleiche Flächen.

1619 kündigte Kepler seinedrittes Gesetz der Planetenbewegung:

Die Umlaufzeit quadriert über die große Halbachse (größter Abstand zwischen einem Planeten und der Sonne) hochgerechnet ergibt eine Konstante.

Keplers Arbeit war die Grundlage für die Arbeit vonIsaac Newtonbeim Definieren und Erklären der Funktionsweise der Schwerkraft. Newton benutzte Keplers Gesetze, um seine zu formulierenGesetz der Gravitation des Universums. Es blieb das mächtigste Verständnis der Schwerkraft (und damit des Kosmos als Ganzes), das die Welt je gekannt hatte, bisAlbert Einsteinerschien im frühen 20. Jahrhundert auf der Bühne.

In dieser Illustration aller 3 Keplerschen Gesetze sind die Umlaufbahnen von 2 Planeten dargestellt.Lesen Sie mehr über dieses Bild, das ist überWikimedia Commons.

Neben der Astronomie interessierte sich Kepler auch für die Optik. Er erklärteSo funktioniert ein Teleskop, wieBrechungtritt in unseren Augen auf, und das PhänomenTiefenwahrnehmung, das heißt, wie beide Augen benötigt werden, um die dritte Dimension wahrzunehmen. Er erklärte auch, wie Brillengläser die Verzerrungen, die durch schlechtes Sehen verursacht werden, ausgleichen und diewissenschaftliche Grundlage der heutigen Praxisder Sehkorrektur.

Kepler hatte zeitlebens eine religiöse Einstellung zu seiner wissenschaftlichen Arbeit. Er hatte das Gefühl, dem Verständnis der Natur und damit Gott näher zu kommen.

Er starb am 15. November 1630 in Regensburg an Krankheit. Heute erinnern wir uns an ihn als einen der größten Wissenschaftler der Geschichte. Die NASA ist mächtig und erfolgreichKepler Planetenjägerist nach ihm benannt.

Künstlerisches Konzept der Kepler-Raumsonde zur Planetenjagd mit Blick auf das Sternbild Cygnus, viaNASA.

Fazit: Kepler wurde heute vor 445 Jahren geboren. Er ist bekannt für seine drei Gesetze der Planetenbewegung und seine Arbeiten in Optik und Geometrie.