Himmelskörper – Bewegung

Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle. Wir wollen uns heute im 1. Video zur Gravitation mit den Bewegungen von Himmelskörpern beschäftigen. Wir lernen heute, was Gravitation ist und wie sie entdeckt wurde. Wir wollen uns in einer kurzen Geschichte der Astronomie ansehen, wie es genau dazu kam, und zum Schluss führen wir uns noch zu Gemüte, was genau die Wissenschaftler bewogen hat, vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild zu wechseln. Dann wollen wir mal. Ihr wisst wahrscheinlich schon, die gegenseitige Anziehung, die 2 Körper aufgrund ihrer Masse zueinander ausüben, nennt man Gravitation. Ein anderer Begriff dafür ist z. B. auch Schwerkraft. Die Gravitation ist eine der 4 physikalischen Grundkräfte. Und obwohl sie eigentlich die Schwächste unter den Vieren ist, ist sie in der Größenordnung von Planeten, Sonnensystemen und Galaxien diejenige, die mit Abstand am meisten Einfluss hat. Entdeckt wurde sie, während man über viele Jahrhunderte den Planeten und sein Sonnensystem erforscht hat. Seit man das Gravitationsgesetz kennt, kann man die Bewegung von Himmelskörpern erklären und relativ genau voraussagen. Welche wichtigen Schritte aber nun genau zu dieser Entdeckung geführt haben, also eine kurze Geschichte der Astronomie sozusagen, das wollen wir uns im nächsten Kapitel ansehen. Am Anfang wurde die Astronomie hauptsächlich benutzt, um Erkenntnisse über die Erde zu gewinnen. Wie ihr vielleicht wisst, dachten die frühen Kulturen, also z. B. die Babylonier, dass die Erde eine Scheibe sei. Das heißt, die erste wichtige Entdeckung war, dass die Erde keine Scheibe, sondern eine Kugel ist. Diese Entdeckung machte ungefähr 350 v. Chr. Aristoteles, der gleich mehrere gute Argumente fand, warum das so sein muss. Wenn ein Schiff auf einen Hafen zufährt, dann sieht man nicht gleich das ganze Schiff auf einmal, sondern zuerst die Mastspitze und dann kommt langsam von oben nach unten der Rest des Schiffes in Sicht. Das liegt daran, dass das Schiff nicht auf einer Scheibe, sondern auf einer Kugel fährt. Er führte außerdem an, dass der Schatten der Erde auf dem Mond, bei einer Mondfinsternis immer kreisförmig ist. Und zusätzlich geht die Sonne an verschiedenen Orten, zu verschiedenen Zeiten auf. All diese Beobachtungen lassen nur einen Schluss zu: Die Erde ist eine Kugel. Mit dieser Information bewaffnet, machte sich Eratosthenes ca. 150 Jahre später daran, den Erdumfang zu berechnen. Und zwar mit folgendem Trick: Er ließ am gleichen Tag, zur gleichen Zeit, in 2 weit voneinander entfernten Städten den Winkel messen, mit dem die Sonne am Himmel steht. Der Unterschied zwischen diesen beiden Winkeln ist der Winkel, den die beiden Punkte auf der Erdoberfläche mit dem Erdmittelpunkt einschließen. Und daraus konnte er den Erdumfang ausrechnen. Er kam auf ein wenig über 39.000 km und lag damit nur ein bisschen mehr als 1 % falsch. In dieser Zeit gab es noch viele andere kleine Entdeckungen und alle aufzuzählen, würde bei Weitem unseren Rahmen sprengen. Deswegen wollen wir uns nur noch einen ansehen, und zwar Claudius Ptolemäus, der damals alles, was man so über Astronomie, die Sterne und die Erde wusste, aufschrieb und damit auch als Begründer des geozentrischen Weltbilds gilt. Man dachte nämlich damals, dass die Erde der Mittelpunkt des Universums ist. Und obwohl Ptolemäus nicht der 1. war, der diese Theorie hatte, wird sie heute im Allgemeinem ihm zugeschrieben. Man kann im Allgemeinen grob sagen, das Mittelalter war keine gute Zeit für Wissenschaftler. Deswegen springen wir auch mal ein ganzes Stück weiter, ins Jahr 1543. Schon seit langer Zeit versuchte man, die Bewegungen der Planeten im Sonnensystem mit dem geozentrischen Weltbild zufriedenstellend zu erklären. Und man stieß dabei immer auf neue Probleme. Nikolaus Kopernikus war der Erste, der sagte: Wenn es so schwierig zu erklären ist mit unserem Weltbild, dann ist das Weltbild vielleicht einfach falsch und schloss, dass die Erde wohl nicht der Mittelpunkt des Universums sein muss, sondern wahrscheinlich eher die Sonne. Man nennt dies das heliozentrische Weltbild und es war nicht besonders beliebt. Ca. 1600 z. B. erklärte Giordano Bruno, er sei der Meinung, dass es bestimmt nicht nur eine, sondern viele Sonnen im Universum gebe, noch viel mehr Planeten und höchstwahrscheinlich auch viele andere Lebewesen. Respekt, der Mann hat Fantasie, würde man heute sagen. Er ist damals natürlich auf dem Scheiterhaufen gelandet. In diese Zeit fällt auch Gallileo Gallilei, der als Erster das Universum mit der Hilfe eines Teleskops untersuchte, und ebenfalls mit der Inquisition zusammenstieß. Die Kirche konnte sich aber wehren, wie sie wollte. Das heliozentrische Weltbild wurde immer beliebter. Ein weiterer, wichtiger Schritt wurde von Johannes Kepler ungefähr 1615 getan, als er die Keplerschen Gesetze aufstellte. Sie besagten unter anderem, dass sich die Planeten auf Ellipsenbahnen um die Sonne bewegen. Und damit konnte endlich die Bewegung von Planeten schön einfach erklärt werden. Und damit sind wir schon beim letzten und wichtigsten Schritt. 1687 stellte Isaac Newton sein Gravitationsgesetz auf. Er erklärte, dass sich 2 Körper aufgrund ihrer Masse gegenseitig anziehen.Damit konnte nun endlich nicht nur einfach erklärt werden, wie sich 2 Himmelskörper im Verhältnis zueinander bewegen, sondern vor allem, warum. Dieses Gesetz werden wir unter anderem in den folgenden Videos ordentlich unter die Lupe nehmen. Im letzten Kapitel wollen wir uns aber noch kurz ansehen, wie man nun eigentlich genau vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild gekommen ist. Nach dem geozentrischen Weltbild war die Erde der Mittelpunkt des Universums. Die anderen Planeten und die Sonne bewegen sich in Kreisbahnen um die Erde. Das Ganze sollte also ungefähr so aussehen. Dem war aber leider nicht so. Mit der Zeit stellten die Wissenschaftler fest, dass die Bewegung der anderen Planeten im Sonnensystem im Verhältnis zur Erde eher einer Bahn folgt, die so aussieht. Man versuchte viele Jahrhunderte lang, diese Planetenbahnen mit dem geozentrischen Weltbild in Einklang zu bringen. Und dabei entwickelte man die sogenannte Epizykeltheorie. Die Idee war folgende: man kombinierte einfach 2 Kreisbewegungen. Man sagte also, die Planeten kreisen um die Erde, auf sogenannten Epizykeln. Das sind die kleinen, im Bild gepunktet eingezeichneten Kreise. Während sich die Planeten nun auf diesen Epizykeln bewegen, kreisen deren Mittelpunkte auf größeren Kreisbahnen, den sogenannten Deferenten - das sind die grün eingezeichneten Kreise - um die Erde. Man merkte aber bald, dass diese Theorie noch nicht ganz genau war. Man musste immer mehr Epizykel hinzunehmen und außerdem musste man bald die Erde auch ein kleines Stückchen aus dem Mittelpunkt entfernen. Und so kam man schließlich zum heliozentrischen Weltbild, denn es lieferte die deutlich einfachere Erklärung: Die seltsame Schleifenbahn entsteht nämlich natürlich dadurch, dass sowohl Erde als auch beobachteter Planet um die Sonne kreisen. Wie gerade eben schon gesagt, war der Erste, der dieses Weltbild vertrat, Kopernikus. Auch er verwendete aber noch Epizykel. Erst mit Johannes Kepler, der Ellipsenbahnen für Planeten vorschlug, konnte das Ganze schön erklärt werden und die Epizykeltheorie landete für immer in der Schublade. Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben: Gravitation nennt man die Anziehung, die 2 Körper aufgrund ihrer Masse aufeinander ausüben. Das Gravitationsgesetz wurde 1687 von Isaac Newton formuliert. Die seltsamen, schleifenförmigen Planetenbahnen waren der Hinweis, der dazu führte, dass das heliozentrische das geozentrische Weltbild ablöste. Als Vater dieser Theorie gilt Nikolaus Kopernikus. So, das war es schon wieder für heute. Ich hoffe, ich konnte euch helfen. Vielen Dank für das Zuschauen und vielleicht bis zum nächsten Mal, euer Kalle.