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Epizykeln in der Geschichte der Astronomie

Am Anfang galt die geozentrische Auffassung. Sie erschient evident: Man steht fest auf dem Boden und Sonne, Mond und Sterne bewegen sich am Himmel rund um einen herum. Das heliozentrische Weltbild des Aristarch(-os von Samos, ca. 310 -230 v.) (und vielleicht schon 100 Jahre zuvor bei den Pythagoräern) wurde von Hipparch(os von Nikaia, ca.161 -127 v.) verworfen, da er weder die tägliche Drehung der Erde, noch die jährliche Parallaxe der Fixsterne nachweisen konnte. (Das gelang erst etwa 2000 Jahre später, als man längst vom heliozentrischen Weltbild überzeugt war.)

Die scheinbaren, z.T. rückläufigen, Bewegungen, Stillstände und Rektaszensionsschwankungen sowie durch wechelnde Entfernung erklärte Helligkeitsänderungen der Planeten, wie sie irdischen Beobachtern erscheinen, mit geozentrischen Annahmen zu erklären und zu berechnen, bereitete verständlicherweise Schwierigkeiten. Der Platonschüler Herakleides Pontikós der Ältere (390 -310) nahm an, dass nur die Sonne und die entfernteren Planeten unmittelbar um die Erde kreisen, Merkur und Venus aber wie Monde um die Sonne, auf Nebenbahnen, Epizykeln eben. Hipparch führte 200 Jahre später für alle konzentrisch gedachten Planetenbahnen Epizykeln ein. Auf jedem Hauptkreis (Deferens) läuft der Epizykel als Nebenkreis um, der die eigentliche Planetenbahn darstellt, vergleichbar der Mondbahn um die Erdbahn in unserem heutigen Verständnis. Bei dan Alten aber hatte der Nebenkreis (oder "Auifkreis") kein (der heutigen Erde als Zentrum der Mondbahn vergleichbares) Zentralgestirn, sondern bewegte sich wie heute meine Epizykeln um einen fiktiven auf der übergeordneten Kreisbahn umlaufenden Punkt. Damit nicht genug, griff Hipparch auf exzentrische Kreise zurück, die bereits Apollonius von Perge (220 - 190 v.) aus diesem Erklärungsnotstand verwendet hatte. Auch der Hauptkreis (oder Deferens) hatte somit einen "fiktiven", d.h. himmelskörperfreien Mittelpunkt;, denn für die Modellierung war es günstiger, für die Erde eine exzentrische Lage anzunehmen. Entsprechend gab es bereits damals ein Perigäum als der Erde nächsten und ein Apogäum als am weitesten von der Erde entfernten Punkt der (Haupt-)Kreisbahn, das zusätzlich durch den Planetenumlauf auf den Epizykeln vergrößert wurde. Hipparch zeigte, dass für die Sonne und zur Not für den Mond eine der beiden Theorien zur Beschreibung genügt, für die Planeten aber beide notwendig seien.

Die Exzentrizität mutet fast modern an. Sie entspricht wenig der sonst so bevorzugten Harmonie und musterhaften göttlichen Ordnung.. Noch Cicero (106 -. 43 v.) sieht in der Ordnung (ordo) und bleibend gleichförmiger Bewegung (constantia) der Himmelskörper, dem auch die Kreisform als vollkommenste Bahn entspricht, Attribute der Gestirne, die mit Eigenschaften der Götter übereinstimmen. Er schließt daraus, dass die Gestirne Götter sind und auch die anderen Attribute der Götter wie Vernunft usw. besitzen (Natura Deorum I 21). Hilfskonstruktionen wie Epizykeln und Exzentrizitäten, zu denen man schon 200 Jahre zuvor zu greifen genötigt war, stören das Bild erhaben abstrakter Gottheiten und passen eher zu den Eigenschaften, die sonst den vermenschlichten Olympiern zugesprochen wurden. Und Copernikus (1473 -1543) ging von rationalen Konstrukten eines vollkommenen Weltbaus aus, in den ihm die ganze gezwungene geozentische Konstruktion nicht passen wollte (De hypothesibus motum coelestium commentariolus). Die Exzentrizität, welche die Vollkommenheit der Kreisbahn demoliert, erinnert auf den ersten Blick schon etwas an die Ellipsen bei Kepler (1571 - 1630). Aber dort steht der Himmelskörper nur scheinbar exzentrisch in einem ihrer Mittelpunkte - Ellipsen haben nun mal deren zwei. Und Apogäum und Perigäum sind dort auch bei einem Zentralgestirn zu unterscheiden. Gerade der fiktive Mittelpunkt exzentrischer Kreise, in denen sich das Gestiirn nicht befindet, bildete im Teil I seiner Astronomia Nova (1609) den Ausgangspunkt der Kriitik.

Ptolemaios behielt im Almagest, dem großen Übersichtswerk des Höchststandes antiker Astronomie, die Epizykeltheorie bei. Die Epizykeln hatten zusätzlich noch die Aufgabe die veränderliche Neigung der Planetenbahnen zur Ekliptik bei Annahme paralleler Planetenbahnen zu erklären. Später stellte Ptolemäus in seiner Schrift "Hypothesen der Planeten" ein dreidimensionales Modell auf : Die Planetenbahnen jeweils als im Gegensatz zu der Vorstellung des Aristoteles (384 - 322) nicht fest mit den anderen gekoppelte Teilkugeln, zwischen denen als Kugelsegment (in Tamburin- bzw. Reifenform) die Epizykeln rotieren. Das ist wohl im Zusammenhang mit ihrer verändrlichen Neigung (s.o.) zu sehen. Dieses Modell entspricht der antiken Tradition sphärischer Weltmodelle, seitdem Aristoteles den praktischen Erklärungsversuch des Eudoxos (~391 - 338) metaphysiert hatte (vgl. oben im Kleingedruckten bei Cicero). Praktischen einzelwissenschaftlichen Anforderungen genügten diese Abstraktionen in ihrer vorgestellten Vollkommenheit nicht. Die Verschwommenheit der Vorstellung wird durch den Verweis auf den Anankes Atraktos, die Spindel der Notwendigkeit, eine andere Verschwommenheit in Platons Staat (616a), nicht deutlicher. Im Weltmodell des Ptolemäus ist nur dem Namen nach von Epizykeln die Rede, auf das eine Rund eines Tamburiins reduziert vorstellen, kann man sie sich nicht. Die astronomische Hilfskonstruktion der Epizykeln diente aber konkreter Berechnung. Schon Hipparch konnte so z.T. die Scheinbewegungen mit der Trigonometrie verwandten Methoden z:.T. recht genau simulieren.

Die genaueren Beobachtungen der folgenden Zeit machten die Einführung von bis zu 16 hintereinandergeschalteten Epizykeln notwendig. Ganz besonders galt das für die Mondbahn. Man findet dafür die Bezeichnung Epi-Epizykeln.
Wenn man mit der Benennung so weiter verfährt, kann mein herunterladbares Programm epizykel.exe Epi-epi-epi-epi-epi-epizykeln darstellen.

Kopernik (Copernicus), der das neuzeitliche heliozentrische System (schon vor 1510 in seinem "Commentariolus", s.o.) begründete, benötigte noch je zwei Epizykeln, um die beobachtete ungleichmäßige Umlaufgeschwindigkeit der Planeten beim Beibehalten kreisförmiger Umlaufbahnen zu erklären! Sie durfte den Vollkommenheitsvorstellungen nicht widersprechen. In seinem Hauptwerk "De revolutionobus orbium coelestium" (1543) ist nur noch - aber immerhin - je ein kleiner Epizykel übrig, da er jetzt Exzentrität der Planetenbahnen zu Hilfe genommen hat.

Tycho Brahe (1546 -1601) versuchte einen Kompromiss zwischen Ptolemäus und Copernicus: Alle Planeten sollten sich zwar um die Sonne drehen, diese aber um die Erde. Sie laufen also als Epizykeln um die Sonnenbahn. Das tychonische System ist eindeutig (wieder) geozentrisch. Und es schließt sich der Kreis zu der (angeblich?) gleichartigen Vorstellung des Herakleides von Pontos (s.o.).Auch Brahe benötigte noch Epizykeln für die Erklärung der Bewegungen der inneren Planeten, während er für die äußeren die Exzentrizität zu Hilfe nahm.

Herakleides starb 310 v., Kepler veröffentlichte seine Astromia Nova 1609. Über 1900 Jahre waren die Epizykeln in der Astronomie aktuell!. Und wenn man so will : diie Bahnen aller Monde sind Epizykeln!

Gute Astronomie-Programme wie die Redshift Sternenkunde von Navigo (CD-ROM), demonstrieren augenfällig die gegenläufige Planetenbewegung in Tagesabständen. Im genannten Programm erfahren wir, dass von modernen Planetarien die Scheinbewegungen der Planeten, wie sie dem irdischen Beobachter erscheinen, heute noch durch Epizyklen simuliert werden!

Abb.1 aus:Zimmermann,H. u. Weigert,A:: Lexikon der Astronomie (S.80). 8.Aufl. Heidelberg, Berlin 1999: Spektrum. Akademischer Verlag
Abb.2 aus Lexikon der Alten Welt, Bd.I, Sp 361. Zürich, München 1965: Artemis-Verlag

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