Unser Blick in die Geschichte der Weltraumforschung

Von den ersten Himmelsbeobachtungen bis zur bemannten Marsmission: Wir nehmen euch mit auf eine Reise durch Raum und Zeit.

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Raketenstart einer Ariane 5. An Bord: das James-Webb-Weltraumteleskop. Wie weit sind wir gekommen, seit Galileo Galilei vor gut 400 Jahren mit seinem Fernrohr in Richtung Jupiter spähte! - EPA ESA/CNES/Arianespace

Das Wichtigste in Kürze

  • Beobachten, notieren, rechnen, tüfteln: wie wir dem Kosmos seine Geheimnisse entlockten
  • Ozeane auf Jupitermonden, Treibhausplanet Venus: unsere faszinierenden Nachbarn
  • Wissenschaft und Geschichte erleben im Planetarium im Verkehrshaus der Schweiz

Die Weltraumforschung ist so spannend wie lange nicht mehr: Die Nasa plant eine bemannte Marsmission, wir entdecken immer mehr Exoplaneten und das neue James-Webb-Teleskop lässt tief ins Universum blicken.

All diese Fortschritte stehen auf den «Schultern von Riesen». Denn nur dank generationen- und kulturübergreifendem Beobachten und Aufzeichnen, genialer Mathematik und erfindungsreicher Ingenieurskunst haben wir es so weit gebracht.

Also schauen wir doch gemeinsam auf diese Geschichte zurück.

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Dass Planeten wandern, weiss man schon seit prähistorischen Zeiten; die Sterne galten dagegen lange als fix. Bis Edmond Halley 1718 auffiel, dass die aktuellen Positionen der Sterne Sirius (unten im Bild, ganz hell), Arktur und Aldebaran nicht mit denen aus Hipparchos' Sternenkatalog aus dem 2. Jh. v. Chr. übereinstimmten. So entdeckte er dank gut 2000 Jahre alten Daten, dass auch Sterne eine Eigenbewegung haben und nicht fix am Himmelszelt montiert sind. - Hubble ESA, Akira Fujii (Wasserzeichen entfernt)

Wie alles begann

Als die Menschen sich vom Jäger und Sammler zum Ackerbauer und Viehzüchter wandelten, begannen sie, den Himmel systematisch zu beobachten. Denn damals wurde es nötig, die Zeit einzuteilen und den richtigen Zeitpunkt zur Aussaat zu kennen.

So hatten schon die alten Ägypter 3000 Jahre vor unserer Zeitrechnung mithilfe astronomischer Beobachtungen einen Kalender entwickelt. Er teilte das Jahr in 365 Tage à 24 Stunden ein und half, den wichtigen Moment der Nilschwemme vorauszusagen.

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Mesopotamische Gelehrte unterteilten den Himmel schon vor Tausenden von Jahren in Sternbilder und entwickelten Methoden, um den Lauf der Gestirne vorauszusagen. Das Bild stammt aus der neuen Planetariumsshow «Explore – was die Planeten bewegt», die zurzeit im Verkehrshaus der Schweiz in Luzern gezeigt wird. - © Creative Planet

Besonders geistreich waren die alten Griechen. Aristoteles zum Beispiel beobachtete, dass die Erde bei einer Mondfinsternis einen kreisförmigen Schatten auf den Mond wirft. Seine Schlussfolgerung: Die Erde muss eine Kugel sein.

Dass die Griechen aber auch falschliegen konnten, zeigt, dass sich das geozentrische Modell des Ptolemäos durchsetzte. Sein Buch «Almagest» war damals besonders überzeugend, da sein symmetrischer und anmutiger Kosmos Theorien von Aristoteles und Platon vereinte. Dazu war es gespickt mit einem umfassenden Sternkatalog mit über tausend Sternen und genauen Tabellen zur Vorhersage der Himmelsbewegungen.

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In diesem Bild gut zu sehen ist der runde Erdschatten auf dem Mond, der Aristoteles auf die Idee brachte, die Erde sei eine Kugel. Aufgenommen wurden die Bilder am 9. November 2003 in München zwischen 00.30 Uhr und 02.15 Uhr. - keystone

Erlebe die Geschichte der Weltraumforschung im grössten Planetarium der Schweiz! Hier erfährst du mehr.

Planetenbewegungen und die Frage nach dem Zentrum

Neben den Fixsternen, die sich brav in Sternbilder gruppieren liessen, waren auch «Wandersterne» (Griechisch: 'planétes') bekannt. Zwar liessen sich auch ihre Bahnen nach langem Beobachten vorhersagen, doch sie in ein schlüssiges Modell zu integrieren, war schwierig.

Schuld daran war, dass einige Planeten nicht immer gesittet vorwärts wanderten, sondern bisweilen stillstanden und sich sogar rückwärts bewegten. Ptolemäos liess diese Planeten deswegen in seinem Modell auf «Epizykeln» kleine Ehrenrunden auf ihren Bahnen drehen. Damit lag er zwar falsch, doch konnte man mit seinem Modell die Himmelsbewegungen sehr gut beschreiben und vorhersagen.

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Visualisierung von Epizykeln aus der Show «Explore – was die Planeten bewegt», die momentan im Planetarium des Verkehrshauses der Schweiz in Luzern läuft. Heute wissen wir, dass die sogenannten «Planetenschleifen» an unseren Himmel entstehen, weil sich nicht nur der Planet, den wir beobachten, bewegt, sondern auch der, von dem aus wir zum Himmel schauen. Da Ptolemäos davon ausging, dass die Erde sich nicht bewegte, konnte er gar nicht auf die richtige Erklärung kommen. - © Creative Planet

1543 präsentierte Nikolaus Kopernikus im Anschluss an Aristarchos, der dasselbe schon im 3. Jahrhundert vor Christus getan hatte, sein «heliozentrisches» Modell. Darin liess er die Planeten um die Sonne (Griechisch: 'Hḗlios') statt um die Erde kreisen, brauchte dazu aber interessanterweise immer noch Ptolemäos' Epizykeln.

Die Epizykeln verschwanden erst mit Johannes Keplers grosser Himmels-Revolution. Er erkannte nämlich, dass die Planeten sich auf Ellipsen und nicht etwa auf Kreisen um die Sonne bewegten. Physikschüler kennen diese Erkenntnis bis heute als das erste keplersche Gesetz.

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Der Mathematiker und Theoretiker Johannes Kepler lieferte auch für die variierende Geschwindigkeit der Planeten auf ihren Bahnen um die Sonne schlüssige Gesetze, die wir heute als das zweite und dritte keplersche Gesetz kennen. Das wäre aber nie möglich gewesen ohne die Vorarbeit des akribischen Himmelsbeobachters Tycho Brahe; da dessen vollständige Daten erst nach seinem (relativ frühen) Tod an seinen Assistenten Kepler übergingen, halten sich seit Jahrhunderten hartnäckig Mordgerüchte. Im Bild: eine Illustration des zweiten keplerschen Gesetzes aus der Planetariumsshow «Explore – was die Planeten bewegt», die zurzeit im Planetarium des Verkehrshauses der Schweiz in Luzern zu sehen ist. - © Creative Planet

Vollends entmystifiziert wurden die Planetenbahnen schliesslich 1678 mit dem Erscheinen von Newtons «Principia». Darin wandte er seine allgemeinen Erkenntnisse zur Gravitation und zur Bewegung auf die Planetenbewegungen an. Und konnte nicht nur zeigen, wie sich die Planeten bewegten, sondern auch warum sie es so taten.

Dank seiner Infinitesimalrechnung und dem allgemeinen Gravitationsgesetz konnten Astronomen nun auf Tag und Stunde genau die Position jedes Himmelskörpers berechnen.

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Galileo Galilei bekräftigte Keplers theoretische Widerlegungen des geozentrischen Weltbilds mit handfesten Beweisen. Er hatte es nämlich fertiggebracht, ein Teleskop mit 20-facher Vergrösserung herzustellen und beobachtete damit im Jahre 1610 gleich vier Jupitermonde. Damit war bewiesen, dass es im Kosmos Himmelskörper gab, die sich nicht um die Erde drehten. Der Jupitermond Europa, den wir im Bild sehen, ist bis heute ein hochinteressantes Objekt geblieben, denn Forscher vermuten unter der Eiskruste des Mondes einen Ozean aus flüssigem Wasser, in dem es Leben geben könnte. Aufgenommen wurde das Bild in den späten 1990ern von der Raumsonde Galileo. - NASA/JPL-Caltech/SETI Institute

Physikalische Phänomene von den keplerschen Gesetzen zu den Planetenschleifen einfach erklärt und einnehmend inszeniert: Hier geht es zur neuen Planetariums-Show «Explore – was die Planeten bewegt» im Verkehrshaus der Schweiz in Luzern.

Neue Planeten für das Sonnensystem

In den Jahren nach Galilei wurden die Teleskope immer stärker, sodass Wilhelm Herschel im Jahre 1781 eine Jahrtausendentdeckung gelang: ein neuer Planet.

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Wilhelm Herschel, der als Orchesterleiter und Organist in Erscheinung getreten war, bevor er sich der Himmelsbeobachtung zuwendete, meinte einmal über die Himmelsbeobachtung mittels Teleskop: «Einem Menschen beizubringen, mit einer solchen Vergrösserungskraft zu sehen, ist fast dasselbe, wie wenn man mich bitten würde, ihm beizubringen, eine Händel’sche Fuge auf der Orgel zu spielen.» Im Bild: eine Aufnahme von Uranus durch das Hubble Teleskop. - NASA/MSFC

Der «Neue» entpuppte sich aber bald als renitenter Zeitgenosse, denn seine Bahn liess sich nicht nach den newtonschen Gesetzen berechnen. Sodass nach der herausragenden Beobachtungsleistung wieder einmal ein begnadeter Theoretiker gefragt war. Es war schliesslich der Mathematiker Urban Le Verrier, der verstand, dass ein zweiter Körper auf den Uranus wirkte. Seine Berechnungen führten im Jahr 1846 zur Entdeckung des Planeten Neptun.

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Neptun, fotografiert von der Raumsonde Voyager 2 im Oktober 1989. Der blaue und stürmische Planet wurde eigentlich schon 1845, ein ganzes Jahr vor seiner ersten Sichtung, alleine mit der Kraft der Mathematik entdeckt und ist so weit von der Sonne entfernt, dass er für eine Umrundung beinahe 165 Jahre braucht. - NASA/JPL

Im Anschluss versuchte Le Verrier noch das «Merkurproblem» zu lösen, dessen Bahn ebenfalls nicht uneingeschränkt Newtons und Keplers Gesetzen gehorchte. So berechnete er die Bahn eines Störenfried-Planeten «Vulkan», den bis zu seinem Tod aber niemand entdeckte. Die Lösung des Rätsels gab schliesslich Albert Einstein, indem er Merkurs seltsames Verhalten mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie erklärte.

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Wer hätte das gedacht? Ganz nah bei der der Sonne krümmt ein starkes Gravitationsfeld den Raum. Deswegen beschleunigt Merkur, der sonnennächste Planet in unserem Sonnensystem, in dieser Region stärker, als es die newtonschen Gesetze vorhersagen. Im Bild: ein Blick über den Horizont des Merkurs, aufgenommen im Jahr 2008 von der Raumsonde MESSENGER, welche auf ihrer Mission den gesamten Planeten kartierte. - NASA/JPL

Unendliche Weiten

Mit Albert Einstein sind wir im 20. Jahrhundert angelangt und in einer Epoche des rasanten, nicht abreissenden technologischen Fortschritts. Der Traum vom Fliegen brachte uns bis in den Weltraum, und heute bestehen konkrete Pläne, Menschen zum Mars zu schicken.

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Illustration aus der Planetariumsshow «Explore – was die Planeten bewegt», die derzeit im Verkehrshaus der Schweiz in Luzern gezeigt wird. Zu sehen ist ein Hohmann-Transfer (in der Mitte die Sonne, danach Merkur, Venus, Erde, Mars; zwischen Erde und Mars befindet sich ein Raumschiff auf einer Transfer-Ellipse). Der Hohmann-Transfer stellt eine treibstoffsparende und energetisch günstige Art dar, vom Orbit eines Planeten in denjenigen eines anderen zu gelangen und geht direkt auf Keplers Erkenntnisse zu den elliptischen Planetenbahnen zurück. - © Creative Planet

Dank der im 19. Jh. entwickelten Spektralanalyse erfuhren wir allein aus dem Licht der Himmelskörper, dass sich das Universum ausbreitet. Und können damit in der Exoplanetenforschung die Atmosphären von Welten in unvorstellbarer Entfernung erkunden.

Gleichzeitig bringen weiterhin Orbiter und Lander Kunde von den Planeten, Asteroiden und Kometen unseres Sonnensystems. So meldeten die sowjetischen Venera-Sonden der 70er und 80er höllische 465° C und 90-fachen Erdatmosphärendruck auf der Venusoberfläche. Und der Mars-Rover «Perseverance» sammelt gerade Gesteinsproben, die mittels einer ausgeklügelten Abholmission zur Erde zurückgebracht werden sollen.

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Die Mars-Rover sind Meisterleistungen der Ingenieurskunst und spielen bei der Erkundung unseres Nachbarplaneten eine wichtige Rolle (im Bild: detailgetreue Nachbauten in einer Marslandschaft im Verkehrshaus der Schweiz). - Raffael Ott

Erkunde den Weltraum im Verkehrshaus der Schweiz

Wer sich für die Zusammenhänge und Abläufe im Weltraum interessiert, findet keinen besseren Ort als das modernste Planetarium der Schweiz. Vorbei sind die Zeiten, in denen Besucherinnen und Besucher im Planetarium aus einem erdgebundenen Standpunkt zu den Sternen schauten.

Heute ist das Planetarium ein vollständiger Weltraumsimulator, mit dessen Hilfe Besucherinnen und Besucher jeden bekannten Ort im Universum besuchen können. Flüge durch die Ringe des Jupiter sind damit genauso möglich wie Punktlandungen auf der Oberfläche der Venus.

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Beeindruckend, lehrreich und immersiv. Das moderne Planetarium ist der perfekte Weltraumsimulator. - Verkehrshaus der Schweiz

Die neue Show «Explore – was die Planeten bewegt» vereint Vergnügen mit der Vermittlung von astronomischem und geschichtlichem Wissen. Und macht dank der immersiven Kraft des grössten Planetariums der Schweiz Dinge wie Planetenschleifen und Keplers Gesetze sicht- und erlebbar.

Mehr zur Show und zum Planetariumsprogramm könnt ihr hier erfahren.

Übrigens: Mit ihren ausführlichen Erklärungen und Visualisierungen eignet sich die Show perfekt für Schulklassen des Zyklus 3 und der Sekundarstufe 2. Das Verkehrshaus stellt unter diesem Link auch Materialien zur Vor- und Nachbereitung zur Verfügung.

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