Vortrag von Otfried Schmid
Scherzhaft könnte man antworten, im Großen und Ganzen natürlich 1252 mal dasselbe. Uns soll aber im Folgenden der enorme Zuwachs an Wissen über unser Sonnensystem in den vergangenen 1252 Jahren interessieren und dies eingebettet in den Rahmen geschichtlicher Ereignisse, die unser Dorf berührten. Rot gefärbte Schrift soll hierauf verweisen.
In den kommenden ca. 700 Jahren beschränkten sich die Himmelsbeobachtungen unserer Dorfbewohner wohl hauptsächlich auf Sonne und Mond und gelegentlich waren Kometen am Nachthimmel zu sehen, die meist mit unerwünschten Ereignissen verknüpft wurden, wie Strafen Gottes schlechte Ernten oder Erkrankungen und Tode von Königen. Natürlich waren auch die jahreszeitlich gehäuft auftretenden Sternschnuppen zu beobachten. Die besonders hellen Wandelsterne Venus als Abend- oder Morgenstern und der Jupiter und die übrigen bekannten Planeten waren vermutlich nur für Horoskopsteller von größerem Interesse.
Die Wettervoraussage ehrwürdig alter Bauernregeln bezieht sich vielfach auf Beobachtungen des Mondes. Dessen Phasen, ihn verschleiernde Wolken oder ein Halo, ein schwacher Lichtkranz um den Mond oder auch um die Sonne, hervorgerufen durch hoch in der Atmosphäre schwebende Eiskristallwolken, kündigen Wetteränderungen an. Gewisse Regeln zum Pflanzen und zum Ernten wurden mit Mondphasen in Zusammenhang gebracht. Witzigerweise kann man heutzutage im Internet finden, dass manche Leute sogar gegenwärtig ihr Haareschneiden nach Mondphasen ausrichten.
Da die Sonne zur Bestimmung der wiederkehrenden Jahreszeiten dient, wird die Folge der bäuerlichen Arbeiten im Jahresablauf durch sie bestimmt. Auch die kirchlichen Feste wie auch unser Kalender richten sich seit alters her nach Sonne und Mond. Z.B. bestimmt der erste Sonntag nach dem ersten Vollmond nach Frühlingsanfang das Datum des Osterfestes.
Bis ins 14. Jahrhundert wächst das Wissen über unser Sonnensystem und andere Erscheinungen am Himmel nicht weiter an, unser Weltbild hat sich in den etwa 600 Jahren seit 100 n. Chr. nicht verändert und wird sich auch in kommenden 700 Jahren nicht ändern. Deshalb wird es zunächst um geschichtliche Ereignisse auf der Erde gehen, die das Leben in unserm Dorf betrafen. Sie sind in Abb.1 zusammengefasst.
Der Anlass für meinen Vortrag ist bekanntlich die urkundliche Erwähnung von Pisinhaim im fränkischen Herzogtum Ripuarien um 770. Merkwürdigerweise ist aber nicht eindeutig der Name eines Herzogs überliefert. Pisinhaimer wohnen im ungeteilten Frankenreich.
Karl der Große ist seit 2 Jahren, seit 768, zusammen mit seinem Bruder Karlmann fränkischer König. Seit sein Bruder 771 starb, regiert er bis 814 als Alleinherrscher der Franken und wird am 25.12.800 in Rom zum Kaiser gekrönt. Seit 782 führt er Krieg mit den Sachsen und es kann gut sein, dass Männer aus unserm Dorf oder seiner Umgebung unter Führung von Theodericus comes, einem nahen Verwandten Karls des Großen, in Sachsen kämpften. Dieser Theodericus (Theoderich) wird in Urkunden manchmal auch als Herzog von Ripuarien bezeichnet.
Der Nachfolger Karls des Großen, Ludwig der Fromme teilte das Frankenreich unter drei Söhnen auf (Vertrag von Verdun 843): Karl der Kahle bekam Neustrien (den westlichen Teil). Lothar zum Mitkaiser erhoben, bekam alles Land zwischen Neustrien und Austrien (dem Ostteil), welches von Ludwig dem Deutschen regiert wurde. Zu diesem Lotharingien gehörte auch das ehemalige Reich der Langobarden in Italien. Lothar plante, die Teilung unter seiner Herrschaft rückgängig zu machen, worauf Karl der Kahle und Ludwig der Deutsche sich gegen ihren Bruder verbündeten. In den kriegerischen Auseinandersetzungen unterlag Lothar. Seit 843 gehörte unser Dorf zum Mittelreich Kaiser Lothar I.
Als Lotharingien 870 im Vertrag von Merssen zwischen Neustrien (Westreich) uns Austrien (Ostreich) aufgeteilt wurde, kam der Großgau Ripuarien und damit auch Piscenhaim zu Austrien, dem Ostfrankenreich.
Um einen Begriff von der geographischen Ausdehnung des Frankenreiches zu vermitteln, soll die Abb. 2 verhelfen. Eine rote Linie umgrenzt das Karolingische Reich in seiner größten Ausdehnung. Das spätere Lotharingien ist blau begrenzt. Der Großgau Ripuarien umlagert Köln und soll in der folgenden Abb. 3 näher betrachtet werden.
Die farblich hervorgehobene Fläche dieser Abbildung ist vermutlich mit dem Großgau weitgehend identisch, weil hier noch heute ripuarische Dialekte gesprochen werden. Die Sprachgrenzen im heutigen Belgien sind nicht ganz klar, was durch Grünfärbung hervorgehoben wird. Wer Spaß daran hat, kann https://ksh.wikipedia.org/wiki/Ripoarisch_(Sprooch) diese Seite betrachten.
Bis ins 14. Jahrhundert war das durch Ptolemäus begründete Weltbild unbestritten, das Wissen um unser Sonnensystem und andere Himmelserscheinungen blieb auf dem Stand der vorangegangenen insgesamt ca. 1350 Jahre. Dagegen geschah an unserem Ort Einiges, tabellarisch aufgeführt in Abb. 4. 
Durchziehende ungarische Horden, das Heer des ersten Kreuzzuges querten unsere Gegend, der sich in unserer Gegend sammelnde Kinderkreuzzug zog von hier aus südwärts, Hungersnöte ereigneten sich und auch die Pest erreichte unsere Gegend.
Das unbestrittene Weltbild des Ptolemäus , um 100 n. Chr. entworfen, zeigt Abb. 5. Im Mittelpunkt der Welt ruht die Erde und wird von den Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn und ebenso von Mond und Sonne auf Kreisbahnen umrundet. Außerhalb der Planeten drehten sich Sphären , an die die Sterne geheftet sind, um den Mittelpunkt der Welt. Astrologie und Astronomie waren noch eng miteinander verquickt, wie die Abbildung des Horoskops verdeutlichen soll.
Durch die in Abb. 6 vorgestellten Persönlichkeiten setzte bald nach 1543 geradezu eine Revolution unseres astronomischen Wissens und unseres Weltbildes ein. Nikolaus Kopernikus, ein vielseitig gebildeter Domherr, Arzt und Jurist, veröffentlichte kurz vor seinem Tode ein neues Weltbild, zum Teil auf eigenen Beobachtungen fußend, das den Mittelpunkt der Welt von der ruhenden Erde in die ruhende Sonne verlegte. Kopernikus war der Meinung wie Ptolemäus, dass sich die Planeten auf Kreisbahnen bewegen . Die nächtlich beobachtbare Bewegung der Sterne wird nicht mehr durch sich drehende Sphären mit angehefteten Sternen erklärt, sondern durch die Drehung der Erde um sich selbst bewirkt. Alle Sterne, bis auf die Wandelsterne (Planeten), haben feste Orte am Firmament, sind daher Fixsterne. Im Vorwort der kopernikanische Veröffentlichung, erläutert der Theologe Osiander unautorisiert, dass die kopernikanische Betrachtung des Sonnensystems nur ein vereinfachtes Modell des ptolemäischen Weltbildes sein solle. Da die Schrift dem Papst gewidmet war, sollte diese Anmerkung bewirken, dass das ptolemäische Weltbild (welches auch das der Kirche war) keineswegs angezweifelt werde, und daher die kopernikanische Ansicht nicht von vornherein durch die Kirche und den Papst abgelehnt werden konnte, was aber später doch geschah.
1582 wurde die Kalenderreform von Papst Gregor XIII. durchgeführt. Diese Kalenderreform war so gut begründet und so stabil, dass sie sich in der Neuzeit weltweit durchsetzen konnte.
1609 veröffentlichte der Mathematiker und Theologe Johannes Keppler seine Berechnungen der Marsbahn, die auf den zu ihrer Zeit genauesten Beobachtungen des dänischen Astronomen Tycho Brahe beruhten. Der Mars bewegte sich demnach auf einer Ellipsenbahn. Kurz darauf veröffentlichte er Berechnungen zu einem Fernrohr und schließlich fand er die berühmten 3 kepplerschen Regeln der Planetenbewegung.
1608 hatte der Brillenmacher Hans Lippershey ein neuartiges Teleskop vorgeführt, das von Galilei nachgebaut wurde und später galiläisches Fernrohr genannt wurde. Lippershey war aus Wesel nach Middelburg (Niederlande) eingewandert, eine zu der Zeit bedeutende Handelsstadt. Er war auch nicht der unbestrittene Erfinder, denn zwei andere Niederländer reklamierten die Erfindung für sich. Der Streit wurde aber nie entschieden.
Die folgenden Abbildungen geben einige zusätzliche Erläuterungen: Abb. 7 erklärt das kopernikanische Weltbild, setzt die Sonne in den Weltmittelpunkt. Sie wird von Planeten einschließlich der Erde auf Kreisbahnen umfahren, wobei alle Planeten sich ständig in einer Ebene bewegen.
Ein weiteres wichtiges Ereignis war die Kalenderreform 1582. Anlass der Reform war, dass das ursprüngliche Osterdatum in den vergangenen ca. 1500 Jahren sich immer weiter Richtung Sommer verschoben hatte und auch andere kirchliche Feste nach dem Julianischen Kalender (von Julius Cäsar 45 v. Chr. Begründet) in gleicher Weise sich verschoben hatten. Mit der Reform dieses Kalenders sollte der Frühlingsanfang, ursprünglich am 21. März, jedes Jahr höchstens um 1 oder 2 Tage von diesem Datum abweichen, um die ursprüngliche Anordnung der kirchlichen Feste im Jahresablauf für möglichst viele der kommenden Jahre wieder herzustellen. Das Datum des Frühlingspunktes bestimmt das Datum des Osterfestes, weil Ostersonntag traditionell auf den Sonntag nach dem Vollmond festgelegt wird, der auf den Frühlingspunkt folgt.
Zur Definition des Frühlingspunktes soll die Abb.8 dienen, die aber eine umfänglichere Erklärung notwendig macht. In der Mitte befindet sich die Erdkugel mit eingezeichnetem Äquator. Praktischerweise wird die dadurch definierte Äquatorebene auch als Himmelsäquator benutzt, um auf ihn bezogen Sternorte anzugeben. Die andere Ebene ist im Bild als ekliptikoder Zodiakus oder Tierkreis bezeichnet (die Tierkreiszechen sind uns aus den Horoskopen bekannt). Die Tierkreisebene ist die Ebene, in der sich die Erde um die Sonne bewegt. Beide Ebenen sind um den Winkel 23,5° gegeneinander geneigt und schneiden sich daher entlang einer Linie, die einmal den Frühlingspunkt zwischen den Tierkreiszeichen Widder und Fische und in der entgegengesetzten Richtung den Herbstpunkt zwischen Jungfrau und Waage definiert.
Unter dem Vorsitz des jesuitischen Mathematikers Christophorus Clavius aus Nürnberg und auf Grundlage eines Vorschlages des Mathematikers und Astronomen Luigi Lilio gelang diese Reform vollständig. In Kraft gesetzt wurde der neue Kalender im Oktober 1582. Wer am Donnerstag den 4.10. einschlief, erwachte am Freitag dem 15.10. um 10 Tage „gealtert“.
Eine sehr vereinfachte Darstellung der Schnittebenen, der Bahnebene der Erde und ihrer Äquatorebene, ergibt sich in Abb. 9 oben, wo die Bahnebene um die Sonne waagerecht ausgerichtet ist. Dann sieht man, dass die Äquatorebene um 23,5° und die Polachse der Erde um (23,5 +90)° gegen die Bahnebene geneigt ist.
Orte auf der nahezu kugelförmigen Erde (die Entfernung vom Nord- zum Südpol ist etwas kleiner als der Äquatordurchmesser) können eindeutig durch zwei Winkel bezeichnet werden. Um diese Winkel zu bestimmen, denkt man sich einerseits Schnittebenen parallel zur Äquatorebene angeordnet. Dann schneiden diese Ebenen die Erdkugeloberfläche in Kreisen. Ein Strahl vom Mittelpunkt der Kugel aus zu einem solchen Schnittkreis bildet rundum mit der Äquatorebene den gleichen Winkel, dieser wird geographische Breite genannt. Um einen Ort auf diesem Kreis eindeutig zu bestimmen , muss man von einem definierten Nullpunkt aus die Bogenlänge zu diesem Ort messen. Jeder Bogenlänge des Breitenkreises ist ihr Mittelpunktswinkel zugeordnet, der geografische Länge genannt wird. Diese beiden Winkel bezeichnen jeden Ort auf der Erdoberfläche eindeutig und sind die Angaben, die uns ein GPS-Gerät anzeigt: geographische Breite und geographische Länge. Der Nullpunkt zum Bemessen der geografischen Länge ist ein Meridian (die auf der Erdkugel verlaufende Verbindungslinie vom Nord- zum Südpol) ), der historisch bedingt, durch Greenwich (Südengland) verläuft.
Die von Keppler gefundene ellipsenförmige Planetenbahnkurve soll in ihren Konsequenzen nun kurz erläutert werden. Ellipsen haben immer 2 Brennpunkte. Je näher diese zusammenrücken, umso mehr nähert sich die Ellipse einem Kreis. Die Sonne befinde sich in einem der Brennpunkte der (einer stark übertrieben gezeichneten) Ellipsenbahn. Wenn sich ein Planet auf seiner elliptischen Bahn auf die Sonne zu bewegt, verringert sich laufend sein Abstand zur Sonne und die Anziehungskraft der Sonne nimmt dabei zu. Damit der Planet nicht der Anziehungskraft zur Sonne hin folgt und schließlich in sie stürzt, muss auf ihn eine entgegengerichtete gleiche Kraft wirken, damit die Anziehungskraft zwischen Sonne und Planet ausgeglichen wird. Diese Kraft wird Fliehkraft genannt.
Wie sie entsteht, haben wir vielleicht schon als Kinder in Erfahrung gebracht. Wenn wir einen Stein an eine Schnur gebunden auf einer Kreisbahn fliegen lassen wollten, mussten wir uns mit einer bestimmten Geschwindigkeit drehen, bei der sich die Schnur spannte. Benutzten wir eine kürzere Schnur, müssten wir uns schneller drehen. Die Fliehkraft und Zugkraft durch die Schnur mussten ins Gleichgewicht gebracht werden.
Zur Erklärung , wie sich der Planet auf seiner Ellipsenbahn verhält, kann man sich nun zu jedem Punkt der Ellipse einen Kreis mit dem Radius gleich dem Abstand Planet-Sonne gezeichnet denken. Zu diesem Kreis gehört eine Fliehkraft, die die Wirkung der Anziehungskraft gerade ausgleicht. Wenn die Anziehungskraft bei kleinerem Abstand größer wird, muss die Fliehkraft um einen entsprechenden Betrag größer werden, und das bedeutet, die Drehgeschwindigkeit des Planten muss mit Annäherung an die Sonne ansteigen. Genau das hatte Keppler bei seinen Berechnungen festgestellt. Entfernt der Planet sich auf der Ellipsenbahn wieder, von der Sonne, wird er sich wieder langsamer bewegen. Auf einer Kreisbahn mit konstantem Sonnenabstand hätte er dagegen immer die gleiche Geschwindigkeit beibehalten.
Das von Keppler erfundene Fernrohr hat vorn eine Sammellinse mit großer Brennweite und zum Betrachter hin eine Sammellinse mit kleiner Brennweite. Es wird auch als astronisches Fernrohr bezeichnet und zeichnet sich gegenüber dem galiläischen Fernrohr durch ein weiteres Gesichtsfeld aus.
Die nächsten großen Fortschritte im Wissen über unser Sonnensystem sind mit den in Abb. 10 vorgestellten Persönlichkeiten verbunden. Galilei, Newton und Halley waren sehr vielseitig interessierte und erfindungsreiche Wissenschaftler. Mit ihren Erkenntnissen endete die bisherige Vorherrschaft des überlieferten antiken Denkens und damit wurden sie zu Begründern der modernen exakten Wissenschaften, der Mathematik und der Physik.
Zu den Fernrohrkonstruktionen wäre Vieles zu sagen. Die Strahlengänge in Abb. 11 sind ohne umfangreiche Erläuterungen nur schwer zu verstehen, sie sollen hier ausschließlich dazu genutzt werden, die wichtigsten Unterschiede zu erläutern. Am galiläischen Fernrohr ist das Okular eine Zerstreuungslinse. Solchen Linsen schreibt man eine negative Brennweite zu. Man denkt sich dazu die zerstreuten Strahlen auf die andere Seite der Linse verlängert, wo sie sich in dem negativ genommenen Brennpunkt versammeln. Der Brennpunkt der Zerstreuungslinse liegt also vor der Linse. Die Brennweite ist immer der Abstand des Brennpunktes von der Mitte der Linse. Das kepplersche Fernrohr hat als Okular eine Sammellinse mit kurzer Brennweite und wird positiv genommen, weil der Brennpunkt diesmal hinter der Linse liegt. Beide Fernrohrkonstruktionen haben als Frontlinse, Objektiv genannt, eine Sammellinse mit großer Brennweite. Man erhält eine vergrößerte scharfe Abbildung, wenn der Abstand beider Linsen so gewählt wird, dass sie der Summe ihrer Brennweiten entspricht. Der Vergrößerungsfaktor beider Fernrohre ergibt sich aus dem Verhältnis der Objektivbrennweite zu der positiv genommenen Okularbrennweite. Ein galiläisches Fernrohr liefert ein aufrechtes vergrößertes Bild, während das kepplersche ein kopfstehendes vergrößertes Bild liefert. Die kepplersche Konstruktion wird auch astronomische Fernrohr genannt und gestattet größere Vergrößerungsfaktoren, während die galiläische kürzer und handlicher ausfällt und daher u.a. für Theatergläser verwendet wird.
In Abb. 12 sind einige Beobachtungsergebnisse von Galilei abgebildet. Mit seinen selbst hergestellten Fernrohren, der größte erzielte Vergrößerungfaktor war 33-fach, hat er die vier hellsten Monde des Jupiters, Phasen der Venus, Sonnenflecken und die Ringe des Saturn entdeckt. Die Venus als runde Scheibe kann man sehen, wenn Venus und Erde sich, mit der Sonne zwischen sich, nahezu gegenüberstehen. Dann sind Venus und Erde aber am weitesten voneinander entfernt und Venus erscheint als kleine Scheibe. Als Sichel erscheint Venus, wenn sie ungefähr zwischen Sonne und Erde steht. Dann ist ihre Entfernung von der Erde aber minimal und die Sichel erscheint entsprechend größer.
Das Original von Newton konstruierte Teleskop (Abb. 13 rechts oben im Bild) besteht aus einem Kugelsegmentspiegel und einem ebenen Umlenkspiegel, der es ermöglicht, von der Seite mit einer Sammellinse das Objekt vergrößert zu betrachten. Der Strahlengang wird in Abb. 13 links gezeigt. Da Spiegel mit großen Durchmessern leichter herzustellen sind als gleichgroße Linsen, bietet die newtonsche Teleskopkonstruktion infolge größerer verwendbarer Spiegel eine höhere Auflösung und zugleich eine helleres Bild. Gesteigerte Auflösung bedeutet, dass zwei sehr nahe beieinander liegende Objekte, also z.B. Sterne, als zwei Objekte getrennt gesehen werden können.
Die wahrhaft revolutionäre Findung Newton's ist das Massenanziehungsgesetz (Abb. 13 unten). Die Anziehungskraft zwischen zwei Massen ist von beiden Massen abhängig, ausgedrückt durch ihr Produkt. Gleichzeitig ist die Anziehungskraft bei geringerer Entfernung größer, und zwar ändert sie sich mit dem Quadrat der Entfernung zwischen den beiden Massen. Diese Formel wird noch mit einer Normierungskonstante G multipliziert, die die physikalischen Dimensionen der Kraftgleichung in Ordnung bringt. Man sieht der Formel an, dass die Anziehungskraft größer wird, wenn eine oder beide Massen größer werden oder der Abstand zwischen ihnen kleiner wird. Einige Hinweise zur Physik kann man im Anhang nachlesen.
Halley hatte vermutet, dass frühere Beobachtungen von Kometen sich auf den gleichen Kometen bezogen. Unter dieser Annahme berechnete er, dass dieser Komet deshalb 1758 wieder sichtbar sein müsse. Das trat ein und der Komet trägt seither seinen Namen. Wie Abb. 14 zeigt, ist seine Bahn eine ausgeprägte Ellipse, die über die Bahn des sonnenfernsten Planeten Neptun hinaus reicht. Oben links ist der Komet von 1857 dargestellt, wie er mit bloßem Auge zu sehen war. Rechts, vergrößert, sieht man den Halo des Kometen, den „Heiligenschein“, den alle Kometen bei Annäherung an die Sonne zeigen. Der Ring zwischen Mars- und Jupiterbahn ist der Asteroidenring, der später genauer beschrieben wird.
Die nächsten großen Fortschritte bei der Erforschung des Sonnensystems gelangen in Theorie und Praxis durch Wilhelm Herschel, Immanuel Kant und Urban Leverrier. Sie werden in Abb. 15 kurz vorgestellt. Herschel gelang mit einem selbstgebauten Spiegelteleskop nach Newton die Entdeckung des 7 Planeten, Uranus genannt. Nachdem er in den ersten 40 Jahren seines Lebens ein sehr erfolgreicher Musiker und Komponist war, wurde er in der 2. Hälfte seines Lebens ein berühmter und geadelter Astronom. Er entdeckte die Infrarotstrahlung, baute und verkaufte immer weiter vergrößerte und verbesserte Spiegelteleskope und entdeckte weitere Monde von Saturn und Uranus. Da er mit seinen leistungsfähigeren Spiegelteleskopen aufgrund ihres Auflösungsvermögens am Rande von sogenannten Nebeln Sterne optisch getrennt sah, postulierte er Nebel als Sternhaufen (heute würde man häufig auch von Galaxien reden) und untersuchte sie fortan als erster Astronom.
Kant war nicht nur Philosoph sondern lehrte auch Naturwissenschaften und veröffentlichte eine Theorie , wie Sonnensysteme entstehen könnten; diese Theorie wird heute in wesentlichen Punkten als richtig angesehen.
Urban Leverrier, ein französischer Astronom und Mathematiker vermutete, dass beobachtete Störungen der Bahn des Planeten Uranus durch die Gravitation eines äußeren großen Planeten verursacht werden könnten. Ihm ist das mathematische Kunststück gelungen, aus den gemessenen Bahnstörungen des Uranus zu berechnen, wo der diese Störungen verursachende Planet zu finden sein würde. Ein von ihm informierter berliner Astronom, Johann Gottfried Galle fand dann auch in der angegeben Himmelsgegend diesen Planeten, der Neptun genannt wurde.
Für die Größe und Bauart der Herschelschen Teleskope mit ihrer hohen Auflösung und höheren Lichtstärke ist in Abb. 16 oben ein Beispiel gezeigt. Mit ihnen konnten auch schwächer leuchtende Monde oder Sterne gefunden werden.
Die Kant 'sche Theorie zur Entstehung des Sonnensystems (Abb. 16 unten) setzt eine irgendwo zufällig sich ergebende höhere Dichte des interstellaren Gases voraus. Zu diesem Kern strömt durch sich stetig steigernde Gravitation hauptsächlich weiteres Wasserstoffgas und verdichtet sich gleichzeitig immer stärker. Dabei geraten die anströmenden Gasmassen in Rotation und es bildet sich eine rotierende Scheibe im wesentlichen aus Wasserstoffgas um den verdichteten Kern. In dieser Scheibe bilden sich neue Gravitationskerne, aus denen sich Planeten bilden können, solange, bis alles benachbarte Gas eingesammelt ist. Im Mittelpunkt der rotierenden Gasscheibe entwickelt sich der ursprüngliche Kern zu einer massigen Kugel, in der das Wasserstoffgas durch die anwachsende Gravitation immer dichter zusammenpresst wird und sich gleichzeitig zunehmend erhitzt. Schließlich hat die Temperatur den Wert erreicht, bei dem Wasserstoff (H) zu Helium (He) fusioniert:
H(p)+H(p)+H(p)+H(p) → He(pppp).
Das Wasserstoffatom H enthält ein Proton (p) und Helium enthält dann 4 Protonen. Dabei wird die Energie frei, die die Gaskugel zum Leuchten bringt. Ein neuer Stern ist geboren, wenn die bei der Fusion freiwerdende Energie den Gravitationsdruck ausgleicht. Die Physiker Hans Bethe und Carl Friedrich v. Weizsäcker hatten um 1936 gefunden, welche Fusionsprozesse in Sternen passieren. Gravitation und Fusionsenergie können im Gleichgewicht bleiben , solange ausreichend Wasserstoffgas für die Fusion vorhanden ist. Je nach Anfangsmasse haben die Sterne unterschiedliche Lebenszyklen und Lebensdauern. Sehr massereiche Sterne sind kurzlebig (einige Millionen Jahre). Unsere Sonne ist ein Stern relativ kleiner Masse. Das bringt aber den Vorteil einer langen Lebensdauer von etwa 10 Milliarden Jahren mit sich, von denen erst die Hälfte vergangen ist.
Unser Planetensystem ist mit der Entdeckung des Neptun vollständig. Abb. 17 zeigt die Größenunterschiede der Planeten verglichen mit der Sonne. Die sonnennächsten Planeten sind klein und Gesteinsplaneten und die äußeren sind riesige Gasplaneten. Woran das liegt, ist noch nicht völlig geklärt. Am rechten Rand sind maßstäblich die mittleren Entfernungen der Planeten zur Sonne dargestellt. Die Entfernungen der inneren Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars) sind verglichen mit den riesigen Entfernungen zu den äußeren Planeten vergleichsweise klein. Die mittlere Entfernung der Erde zur Sonne wird 1 AE (1 Astronomische Einheit) genannt und entspricht etwa 150 000 000 Km (genauer 149 600 000 km).
In Abb. 18 sind einige Daten zur Sonne und zu den Planeten zusammengestellt.
Jeder, der einen Internetanschluss hat, kann eine Simulation des Planetensystems betrachten. Bei der Google-Suche (Firefix Browser) gibt man „Sonnensystem Simulator“ ein und wählt dann: „Sonnensystem und Orbit Simulator-Verein Kuffner Sternwarte“. Dann erscheint der Sonnensystemsimulator. Er wird oben links gestartet. Verschiedene Parameter können geändert werden, die die Darstellung beeinflussen. Oder man gibt den Link ein:
http://kuffner-sternwarte.at/astronomie/sonnensystem-simulator/index.php
Seit alters her haben die Kometen, die Schweifsterne, als besondere und vorübergehende Himmelserscheinungen Neugier und Befürchtungen ausgelöst oder wurden als Hinweis auf Strafen Gottes oder schreckliche Ereignisse wie Kriege gedeutet. Zwei Kometen, die in jüngster Zeit sichtbar waren, zeigt Abb. 19. Ganz unten ist der Körper eines Kometen abgebildet. Über die Rosetta-Mission kann man sich einen Film ansehen: Man gibt im Browser ein: „Rosetta Mission“ und wählt dann den Eintrag: „Rosetta (Sonde) Wikipedia“. Man scrollt nach unten, bis man an der rechten Seite eine braune Körperoberfläche sieht. Das ist ein Filmbericht, der mit dem weißen Dreieck gestartet wird. Man kann auch direkt den Link benutzen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Rosetta_(Sonde)
Inzwischen sind tausende Kometen bekannt. Die Kometenbahnen, die sich etwa innerhalb der Jupiterbahn bewegen, sind in Abb. 20 abgebildet. Woher kommen die Kometen und was erzeugt den Schweif? Kometen bestehen meist aus einer Mischung von lockerem Gestein und Eis. Wenn die Kometen der Sonne nahekommen, tauen die gefrorenen Gase des Kometen durch die Wärmestrahlung der Sonne auf und verlassen den Kometen als Schweif. Dessen Richtung ist immer von der Sonne weg in Richtung der Verbindungslinie Sonne – Komet. Das wird durch den Druck der Sonnenstrahlung bewirkt.
In Abb. 21 ist die bisher zu vermutende Gesamtstruktur unseres Sonnensystems dargestellt. Kugelförmig umgibt Sonne und Planeten die Oort'sche Wolke, die von dem niederländischen Astronomen Oort postuliert wurde. Herausvergrößert ist im oberen Teil dieser Abbildung ein Ringsystem um Sonne und Planeten, dass etwa 1941 vom niederländische Astronom G. P. Kuiper postuliert wurde, um die Herkunft von Kometen zu erklären, die sich in der Ebene der Planeten bewegen. Außerhalb der Neptunbahn sollten Masseobjekte in einem Ring um das Planetensystem vorhanden sein, aus dem Kometen als Trümmer von Zusammenstößen entstehen. Mittlerweile ist dieser Kuipergürtel aufgefunden und untersucht worden. Die untere Abbildung zeigt einige der dort seither aufgefundenen Kleinplaneten. Auch der bis vor kurzem noch als Planet gezählte Pluto wird nun als Kleinplanet bezeichnet und stammt vermutlich aus dem Kuipergürtel.
Die extrem langperiodischen Kometen mit Umlaufzeiten, länger als 1000 Jahre und mit Bahnebenen, merklich verschieden von der Planetenbahnebene, sollen ihren Ursprung in der Oort'schen Wolke haben, die wie vermutet wird, das Sonnensystem kugelförmig einhüllt. Diese Theorie veröffentlichte der niederländische Astronom Jan Hendric Oort 1950. Bisher ist sie weder eindeutig nachgewiesen noch untersucht.
Wie schon auf Abb. 14 ersichtlich, befindet sich zwischen der Mars- und Jupiterbahn ein Ring aus Asteroiden (Abb. 22), die u.a. auch den Kleinplaneten Ceres enthalten. Asteroiden sind meist Materiebrocken, wie einer ganz unten auf Abb. 22 abgebildet ist.
Im Übergang zur unmittelbaren Gegenwart ist leider über 3 Kriege zu berichten. Abb. 22 enthält eine Zeitskala von Ereignissen, die auch unser Dorf betrafen und viel Elend verursacht haben. Leider sind Kriegsgefallene beider Weltkriege in Wachtberg zu beklagen und wie ich vermute, auch aus dem Krieg 1870/71 gegen Frankreich.
Die in den letzten Jahrzehnten gestarteten astronomischen Satelliten haben das Wissen über unser Sonnensystem und das Weltall noch einmal enorm gesteigert. In Abb. 23 ist als Beispiel das Hubble-Weltraumteleskop abgebildet. Es wurde mit dem Shuttle der NASA in seine Umlaufbahn ca. 300 Km über der Erdoberfläche gebracht und wird daher bei Messungen nicht mehr durch atmosphärische Störungen beeinflusst. Zunächst funktionierte es optisch nicht korrekt, aber die Fehlfunktion konnte optisch korrigiert werden und seither hat das Teleskop sehr zufriedenstellend funktioniert. Eine mit diesem Instrument untersuchte Himmelsgegend ist in Abb. 23 unten zu sehen.
Das im Juni dieses Jahres gestartete Weltraumteleskop James Webb (JWST) ist mittlerweile positioniert und liefert wesentlich detailreichere Bilder als das Hubble-Teleskop, wie Abb. 25 zeigt. Das James Webb kann in einem enorm großen Bereich des Spektrums elektromagnetischer Wellen empfangen, vom roten Teil des sichtbaren Lichts bis zur mittleren Infrarotstrahlung.
Das JWST wurde auf einem besonderen Ort positioniert wie links unten auf Abb. 26 zu sehen ist. Dieser Ort geht auf Berechnungen des berühmten Mathematikers Lagrange (Abb. 26 rechts oben) zurück, der für das Dreikörperproblem (drei durch Massenanziehung verbundene Körper) eine Speziallösung fand. In diesem Fall sind die drei Körper Sonne, Erde und das JWST, die in dieser Reihenfolge auf einem Strahl angeordnet sind. 
Das JWST wurde auf dem Lagrangepunkt 2 positioniert, auf dem es ohne angetrieben zu werden, um die Sonne kreist, nur kleine gelegentliche Positionskorrekturen sind notwendig. Die möglichen Lagrangepunkte sind in der linken Teilabbildung dargestellt. Wählt man den Lagrangepunkt 2 wie hier, kreist das JWST immer auf dem Strahl von der Sonne zur Erde hinter der Erde um die Sonne. Sonne und Erde krümmen den Raum derart, dass in dem Bild Tiefe und Ausdehnung der Löcher gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein die Anziehungskraft der Massen darstellen. Diese Position im Lagrangepunkt 2 erlaubt es, das Teleskop mit der Erde mitzuführen und da bei einen möglichst großen Abstand zur Sonne einzuhalten, um Störungen durch den Sonnenwind klein zu halten. Dieser besteht aus ionisierten Atomkernen mit wenigen Protonen. Der Untersatz des JWST wurde so ausgerichtet, dass die empfindlichen Sensoren gegen die Sonnenwärmeeinstrahlung geschützt werden.
Anhang
Ursprünglich hat Newton das Gravitationsgesetz folgendermaßen formuliert:
F ~ 1/r² F ~ m1 F ~ m2
Die in Abb. 13 angegebene Formel wurde durch die Wissenschaftler Alfred Cornu und Jean-Baptistin Baille erst 1873 veröffentlicht. Die Gravitationskonstante G wurde zuerst von Henry Cavendish mit einer sogenannten Gravitationswage nach der Formel K r²/(m1 x m2t) =G bestimmt.
G ist die Naturkonstante , die am ungenauesten bekannt ist. Sie hat den Wert G=6,6743/100000000, ist offensichtlich sehr klein, was die Genauigkeit ihrer Messung stark einschränkt.
Zur Formulierung physikalischer Gleichungen:
Kraft hat die Dimension [gm/sec²] im cm-gramm-sec System.
Die newtonsche Gravitationsgleichung hat ohne die Gravitationkonstante G die Dimension [g²/cm²].
Die Massen werden in [g] gemessen und die Beschleunigung in [cm/sec²] Physikalische Gleichungen sind nur korrekt, wenn beide Seiten der Gleichung die gleiche Dimension haben. Daher muss die Gravitationskonstante G die Dimension [cm³/(g sec²)] haben, damit die Dimensionen beider Gleichungsseiten übereinstimmen:
K=mb = G x (m1 x m2)/r² und mit Dimensionen geschrieben:
K=mb [g m/sec²]= G (m1 x m2)/r² [(cm³/(g sec²)) (g²/cm²)]= mb [g m/sec²]=K
[gm/sec²]=[(g²/g) (cm³/cm²) (1/sec²)]=[g m/sec²] (nur Dimensionen).
Quellenangaben
Wikipedia: Abb.2, Abb.3, Abb.4, Abb.6 Daten, Bild unten , Abb.7, Abb.10, Abb.11,
Abb.13 oben rechts, unten, Abb.15, Abb.19, Abb.21, Abb.22 unten, Abb.24, Abb.25,
Abb.26
DTV Atlas Astronomie, Jochen Hermann,
1990, Deutscher Taschenbuch Verlag : Abb.5 oben, Abb.7, Abb.8, Abb.17 links, Abb.18, Abb.20, Abb.22 oben
Aus Fernen Welten,
eine Volkstümliche Himmelkunde, Bruno H. Bürgel
1910, Ullstein & Co.: Abb.5 unten, Abb.6 oben, mitte, Abb.9 oben, unten, Abb.12, Abb.13 links, Abb.14, Abb.16, Abb17 rechts
Rheinische Geschichte, Eugen Ewig,
Frühes Mittelalter, Band 1,2
