Ägyptische und mesopotamische Astronomie

Die Himmelsschau war auch in den alten Hochkulturen Nordafrikas und des Nahen Ostens mit Mythologie und Religion verknüpft.

Anfänge der griechischen Astronomie

Einfache Formen der Armillarsphäre wurden bereits bei den Babyloniern benutzt und später von den Griechen weiterentwickelt, ebenso wie Sonnenuhren und das Gnomon. Die Einteilung des Tierkreises in 360 Grad, die vermutlich auf die ägyptischen Dekane zurückgeht, übernahmen die Griechen so wie auch einzelne Beobachtungen und die Planetenbezeichnungen und Perioden der Babylonier. Sie berücksichtigten aber nicht die der mesopotamischen Tradition zugrunde liegenden mathematischen Methoden; die Herangehensweise war nun eine andere, da die griechischen Philosophen das Universum primär geometrisch, nicht arithmetisch verstanden.

Das heutige Wissen über die Anfänge der griechisch-ionischen Astronomie und das Ausmaß ihrer Beeinflussung durch die mesopotamische ist sehr lückenhaft. Es ist davon auszugehen, dass der Bücherverlust in der Spätantike und im Mittelalter auch zahlreiche astronomische Werke betraf. Teilweise kamen sie erst viel später auf dem Umweg durch arabische Übersetzungen wieder nach Europa.

Die griechischen Philosophen und Astronomen

Hinweise auf die Beschäftigung der antiken Griechen mit den Vorgängen am Himmel bieten bereits sehr frühe literarische Texte. Sowohl Homer als auch Hesiod erwähnen astronomische Gegebenheiten; der Tierkreis ist bei Homer ausschnittsweise bezeugt. Hesiod dagegen entwickelt sogar eine Weltschöpfungslehre. Die beiden Autoren lassen aber noch kein tieferes Raumverständnis erkennen; so beschreiben sie Morgen- und Abendstern als verschiedene Objekte. Spätestens zur Zeit Platons war dieser Irrtum dank babylonischer Informationen korrigiert; dieser Fortschritt wurde später auf Pythagoras zurückgeführt. Überliefert ist die Vorhersage einer Sonnenfinsternis im Jahr 585 v. Chr. durch den Philosophen Thales von Milet.

Die Vorsokratiker entwickelten bis zum 5. Jahrhundert v. Chr. unterschiedliche astronomische Modelle. Sie erfanden unter anderem zunehmend genauere Methoden zur Messung der Zeit, etwa Sonnenuhren, deren Grundlagen sie wahrscheinlich von den Babyloniern übernahmen. Anaximander, ein Zeitgenosse und Schüler des Thales, postulierte das geozentrische Weltbild, indem er als erster den Himmel als Kugelschale (Sphäre) mit der Erde im Zentrum beschrieb. Frühere Kulturen dachten den Himmel als Halbkugel nur über der Erdscheibe ohne außerhalb von Mythen das Problem zu berühren, wo sich die Sterne zwischen Auf- und Untergang befinden könnten. Zum Verständnis der Erde als eine Kugel gelangte Anaximander jedoch noch nicht.

Die klassische griechische Kultur betrieb erstmals Astronomie aus wissenschaftlichem Interesse an den tatsächlichen Vorgängen am Himmel, unabhängig vom praktischen Nutzen des Kalenders sowie von religiösen und astrologischen Motiven. Berühmt ist die bemerkenswert genaue Messung des Erdumfangs durch Eratosthenes um 220 v. Chr.: Er verglich die unterschiedlich langen Schatten, welche das Licht der Sonne, wenn sie im Zenit steht, wirft, am gleichen Tag einerseits in Alexandria und andererseits in Syene und erklärte dieses Phänomen damit, dass die Orte auf unterschiedlichen Breitengraden auf einer Kugel liegen. Weniger bekannt ist der Versuch des Aristarchos von Samos, den Abstand zur Sonne im Verhältnis zum Mondabstand zu messen, der zwar aufgrund ungenügender Messgenauigkeit sehr fehlerhaft ausfiel (er wurde um den Faktor 20 zu kurz bestimmt), aber methodisch korrekt war.

Hipparchos von Nicäa und andere entwickelten die astronomischen Instrumente, die bis zur Erfindung des Fernrohres fast zweitausend Jahre später in Gebrauch blieben, etwa ein Winkelmessinstrument, eine Art weiterentwickelte Armillarsphäre, mit der Koordinaten an der Himmelskugel bestimmt werden konnten. Es wurde von Eratosthenes unter der Bezeichnung Astrolab eingeführt und auch von Ptolemäus beschrieben.

Einer der wenigen erhaltenen technischen Gegenstände aus griechischer Zeit ist der Mechanismus von Antikythera, die früheste bekannte Apparatur mit einem System von Zahnrädern (ca. 100 v. Chr.). Der Mechanismus wird als Analogrechner zur Vorausberechnung der Himmelskörperbewegungen interpretiert. Konstruiert hat ihn vielleicht Poseidonios (135–51 v. Chr.).

Eine weitere wesentliche Vorarbeit für die Astronomie späterer Zeiten leistete Aristoteles (384–322 v. Chr.), der das Prinzip der Camera obscura erkannte. In seiner umfassenden Physikdarstellung, die bis ins Mittelalter nachwirkte, beschrieb er die natürliche Bewegung der Himmelskörper und auch die Schwerkraft.

Das Werk des Ptolemäus um 150 n. Chr. stellte den Höhepunkt und – nach aktueller Kenntnis – auch den Abschluss der antiken Astronomie dar. Ptolemäus entwickelte auf der Basis der damals verfügbaren Arbeiten (Hipparchos und mögliche andere) das später nach ihm benannte Weltbild und gab mit dem Almagest ein Standardwerk der Astronomie heraus, auf dessen Sternkatalog sich Astronomen noch bis über die Renaissance hinaus berufen haben. Die Römer schätzten die Astronomie als Teil der Bildung, entwickelten sie jedoch nicht weiter. Ihr Interesse galt vielmehr der Astrologie mit ihrem Anspruch, die Zukunft vorauszusagen. Überreste des antiken Fachwissens wurden im Oströmischen Reich bewahrt, doch der kulturelle Austausch mit der lateinischsprachigen Gelehrtenwelt West- und Mitteleuropas kam schon am Anfang des Frühmittelalters weitgehend zum Erliegen.

Alternativen zum geozentrischen Weltbild

Wiederholt wurden Alternativen zum geozentrischen Weltbild vorgeschlagen. Hiketas von Syrakus (um 400 vor Christus) ließ die Sterne feststehen und die Erde rotieren. Andere Pythagoreer meinten, im Zentrum des Universums befinde sich ein Zentralfeuer, das von der Erde, der Sonne und den Planeten umkreist werde. Philolaos postulierte zusätzlich eine Gegenerde, damit die Himmelskörper die heilige Zahl zehn erreichten. Aristarchos von Samos schlug im 3. Jahrhundert vor Christus bereits ein heliozentrisches Weltbild mit der Sonne als ruhendem Zentrum vor. Er argumentierte auch – wie schon im 4. Jahrhundert Herakleides Pontikos – für eine tägliche Achsendrehung der Erde bei unbeweglichem Himmel.

Das geozentrische Weltbild mit einer unbeweglichen Erde, um die sich alle Sphären täglich drehen, blieb jedoch bis Nicolaus Copernicus, der 1543 an Aristarch anknüpfte, das allgemein anerkannte Modell. Der heliozentrische Entwurf von Kopernikus ließ eine Alternative als denkbar erscheinen, die durch Johannes Keplers Erkenntnis der ellipsenförmigen Planetenbahnen plausibler wurde. Doch bezweifelten noch viele den unermesslich leeren Raum zwischen der Saturnbahn und den nächsten Fixsternen.

Eckpunkte der Entwicklung in der Antike

Als Einsichten und Errungenschaften der antiken Astronomen sind festzuhalten:

• die Fähigkeit, die Bewegungen der Planeten und das Eintreten von Finsternissen (Saros-Zyklus) zu berechnen und vorauszusagen
• die Erkenntnis, dass die Erde kugelförmig ist (Aristoteles, 384–322 v. Chr.: Erste Vermutungen der Kugelform wegen kreisförmiger Erdschatten bei Mondfinsternissen; um 200 v. Chr. durch Eratosthenes von Alexandria: Erste annähernd richtige Berechnung des Erdumfanges über den höchsten Sonnenstand an diversen Orten)
• der Vorschlag von Alternativen zum geozentrischen Weltbild
• die um 150 v. Chr. von Hipparchos von Nikaia und Archimedes erstellten ersten Sternkataloge (etwa 1000 Sterne)
• die Entdeckung der Präzessionsbewegung der Erde. Diese Entdeckung wird Hipparchos (um 150 v. Chr.) zugeschrieben. Seit damals ist also die permanente Veränderung der Koordinaten der Fixsterne am Nachthimmel und somit auch der Äquatorialkoordinaten Rektaszension und Deklination bekannt.

Plinius der Ältere, der in den Jahren vor etwa 77 n. Chr. eine Gesamtdarstellung des damaligen naturkundlichen Wissens verfasste, behandelte auch die Astronomie als Himmelskunde im Unterschied zur Astrologie.

Indien

In der Indus-Kultur entstand ab 1000 v. Chr. eine detaillierte Kosmologie mit den göttlichen Naturkräften Himmel, Erde, Sonne (die als glühender Stein gedeutet wurde), Mond, Feuer und acht Himmelsrichtungen. Laut der damaligen Mythologie entstamme die Welt einem heiligen Ei aus Silber (Ur-Erde) und Gold (Sternenhimmel) mit der Lufthülle als Zwischenschicht. Die Sonne galt als göttliches Auge des Weltalls, der Mondzyklus als Zeit- und Lebensspender. Die Planetenbahnen verlaufen zwischen Sonne und Polarstern.

Die vedische Astronomie ist in stark verschlüsselten Versen überliefert, was ihre Einordnung in einen größeren kulturellen Rahmen schwierig macht. Allgemein ist sie aber der babylonischen sehr ähnlich, was – je nach Interpretation und Datierung – babylonische Vorbilder für die vedischen Astronomen und auch die umgekehrte Einwirkung bedeuten kann. Beide Positionen werden in der Astronomiegeschichte diskutiert, doch ist auch eine im Wesentlichen unabhängige Entwicklung in beiden Kulturräumen denkbar. Denn einige der Gemeinsamkeiten, wie die Teilung des Tierkreises in 360 Grad mit zwölf Sternbildern, können auch direkt aus der Natur hergeleitet werden. So wird das Jahr zu 360 Tagen gerundet, die Monate aber wie heute gezählt. Allerdings folgen im System der alten indischen Astronomie auf zwei Jahre von 360 Tagen immer eines mit 378 Tagen. Der Tag hat jahreszeitlich verschiedene Längen („Muhurtas“ mit 9,6 bis 14,4 Stunden).

Außerdem ist eine erstaunliche Entsprechung zum Christentum und etwa auch zu den Auffassungen von Teilhard de Chardin erwähnenswert: Gott wird als ein die Welt liebender Geist verstanden, dessen Sohn die Entwicklung des Weltalls im Auge behält.

Einen erneuten Aufschwung erlebte die indische Astronomie um 500 n. Chr. mit dem Astronomen Aryabhata, dem unter anderem die Erfindung des Konzepts der Zahl „Null“ zugeschrieben wird. Wichtige Einrichtungen sind die fünf Observatorien, die Jai Singh II. im frühen 18. Jahrhundert unter anderem in Delhi und Jaipur errichten ließ. Das größte davon, das Jantar Mantar in Jaipur, besteht aus vierzehn Bauwerken zur Beobachtung und Messung astronomischer Phänomene.

Melanesien

Hier ist vor allem die hochentwickelte Navigation mit Sonne und Sternen zu erwähnen, die eine Voraussetzung zur Besiedlung der Inselwelt war. Überliefert sind Orientierungsmethoden mit dem Polarstern und dem Kreuz des Südens, sowie für Ost- und Westkurse horizontnahe Peilsterne wie im Adler, deren Richtung sich wegen der fast senkrechten Sternbahnen nur wenig ändert.

Die Urnacht der Schöpfungsgeschichte hat zwar Sterne, aber noch ohne Sonne und Mond. Die göttliche Trennung von Himmel und Erde erfolgte mit einem Kultstab, ähnlich wie auf orthodoxen Ikonen. Die Wohnstatt Gottes und der Ungeborenen ist in der Milchstraße, und die Seelen sind die Urform der Sternbilder.

China

Wesentliches Element der chinesischen Philosophie ist die Harmonie von Himmel, Mensch und Erde. Himmelserscheinungen wurden unter diesem Hauptgesichtspunkt betrachtet. Das Bestreben der Chinesen war es – so die Deutung in der aktuellen Literatur der Volksrepublik China – Störungen dieser Harmonie vorherzusehen und somit das Zeitalter des Glaubens an unkalkulierbare Fremdbestimmung zu beenden.

So hatten sich die Astronomen im Kaiserreich China nicht nur mit dem Kalender zu befassen, sondern auch mit der Vorhersage außergewöhnlicher Himmelserscheinungen (z. B. der Sonnenfinsternisse) und dazu auch mit der staatlichen Astrologie. Sie kannten schon um 2000 v. Chr. das Lunisolarjahr mit einer 19-jährigen Schaltregel wegen der Mondknoten (siehe auch Saros-Zyklus). Es gab ein wissenschaftliches Amt, dessen Ursprünge sich nicht mehr ausmachen, aber bis deutlich vor Christi Geburt zurückverfolgen lassen. Dieses Amt bestand noch bis 1911, und ihm waren vier Haupt-Bedienstete zugeordnet: Der Chefastronom (Fenxiangshi), der für die ununterbrochene Himmelsschau verantwortlich war, der Chefastrologe (Baozhangshi), dem die Aufzeichnungen unterstanden, der Chefmeteorologe (Shijinshi) für Wetterphänomene und Sonnenfinsternisse, und der Bewahrer der Zeit (Qiehushi), dem die Kalenderrechnung oblag.

Die altchinesischen Chroniken gelten noch heute als zuverlässig und relativ vollständig – auch weil die Beamten für die Zuverlässigkeit ihrer Ergebnisse mit dem Leben bürgten. So ist überliefert, dass die Astronomen Xi und He wegen der versäumten Vorhersage der Sonnenfinsternis vom 3. Oktober 2137 v. Chr. geköpft wurden.

Etwa seit der Zeitenwende wurden in China u. a. Sonnenflecken beobachtet, was mit bloßem Auge bei Sonnenauf- und Untergang möglich ist, sowie Novae und Supernovae, die Gaststerne genannt wurden, und sogar bereits 613 v. Chr. der Komet Halley.

Dem Weltbild des kaiserlichen China entsprechend gibt es fünf Himmelsareale, die vier Himmelsrichtungen und das Zentrum, das den zirkumpolaren Bereich umfasst und den kaiserlichen Palast repräsentiert.

Einflüsse Vorderasiens sind schon in vorchristlicher Zeit ausgehend vom Hellenismus nachweisbar, und sie scheinen später intensiver geworden zu sein. Im Mittelalter wurden Instrumente ähnlich der Armillarsphäre benutzt, die wahrscheinlich auf Kontakte zur griechischen und islamischen Welt zurückgehen. Außerdem sind chinesische Sternkarten zur Schiffsnavigation überliefert.

Ab etwa 1600 trugen christliche Missionare die Erkenntnisse und Messmethoden der europäischen Astronomie nach China. Nach anfänglichem Misstrauen wurde ihre Überlegenheit vom Kaiserhaus anerkannt, und die neue Fachkunst bereitete der traditionellen Sternkunde ein Ende. So kam es dazu, dass die kaiserliche Sternwarte in der Qing-Dynastie traditionell von Jesuiten wie Ignaz Kögler oder Anton Gogeisl neu eingerichtet und geleitet wurde.

Intensive Forschungen zur chinesischen Astronomiegeschichte betrieb der japanische Wissenschaftshistoriker Yabuuchi Kiyoshi (1906–2000). Er veröffentlichte seine Erkenntnisse in mehreren Darstellungen.

Amerika

Über das astronomische Weltbild der indianischen Hochkulturen ist wenig bekannt, doch geben Kultbauten (z. B. Stufentempel mit genauer Orientierung) und Sternwarten zahlreiche Hinweise. Die meisten Schriften und Codices wurden durch die Konquistadoren vernichtet. Zweifelsfrei war aber die Kalenderrechnung und die Berechnung der Planetenzyklen hochentwickelt – siehe den Maya- und den Azteken-Kalender. 1479 schufen die Azteken den „Sonnenstein“.

Die Umlaufzeiten der fünf freisichtigen Planeten waren teilweise auf nur wenige Minuten bekannt. Die Dauer des Monats stimmte mit heutigen Werten auf 6 Dezimalen überein – was pro Jahrhundert nicht einmal 1 Stunde Fehler ausmacht.

Westeuropa

In den Jahrhunderten der Völkerwanderung hatte Mittel- und Westeuropa den Kontakt zum alten griechisch-römischen Kulturwissen weitgehend verloren. Nur im griechischsprachigen Byzantinischen Reich blieb die antike astronomische Literatur weiterhin zugänglich und wurde studiert. Im lateinischsprachigen Westen hingegen stand bis zum 12. Jahrhundert nur sehr wenig von dieser Tradition zur Verfügung. Dort behielt man zwar den Lehrkanon der Sieben Freien Künste bei, in dem die Astronomie einer der vier Teile des Quadriviums bildete, doch in der Praxis wurde an den Klosterschulen des Frühmittelalters meist nur das Trivium gelehrt, das keinen naturwissenschaftlichen Stoff mehr umfasste.

Im Zuge der Reformpolitik Karls des Großen wurde die Astronomie als Lehrfach aufgewertet: Der Kaiser verpflichtete alle Domkirchen dazu, Schulen einzurichten, an denen die Astronomie neben den anderen Fächern des Quadriviums (Geometrie, Arithmetik und Musik) gelehrt werden müsse; dabei ging es auch um die für den Klerus wichtige Befähigung zur Berechnung des Osterdatums. Diese nach wenigen Jahren oder Jahrzehnten wieder erlahmende Reform bewirkte jedoch insgesamt nur wenig, und die Astronomiekenntnisse blieben im Klerus dürftig.

In der karolingischen Zeit entstanden allerdings Abschriften der astronomischen Lehrgedichte des Aratos, etwa die prachtvoll illustrierte Leidener Aratea, die vermutlich am Hofe Ludwigs des Frommen in Auftrag gegeben wurden. Zusammen mit Aratos bildeten die Sternbildbeschreibungen des Hyginus im Poeticon Astronomicon die bis zum Ende des Spätmittelalters weit verbreiteten Standardwerke. Die Kenntnis der klassischen Sternbildmythen stammte im Wesentlichen aus diesen beiden Werken. Die Illustrationen der Handschriften sind künstlerisch hochwertig. Die Positionen, an denen die Illustratoren die Sterne in den Bildern platzierten, haben jedoch mit dem tatsächlichen Firmament wenig bis nichts gemein; sie wurden vielmehr so gewählt, dass sie gut zu den Figuren passten.

Die wenigen anderen erhaltenen antiken Werke zur Astronomie wurden in den Klöstern zunächst nur abgeschrieben, mit der beginnenden Scholastik im 11. Jahrhundert dann aber auch zunehmend kommentiert. Sie durch eigene Beobachtungen zu bestätigen, zu ergänzen oder zu widerlegen entsprach jedoch nicht dem mittelalterlichen Verständnis von Wissenschaft. Die Astronomie wurde damals als ein im Wesentlichen abgeschlossenes Fach verstanden, zu dessen Verständnis keine eigene Beobachtung des anscheinend unveränderlichen Sternenhimmels erforderlich war. Das plötzliche Auftreten einer Supernova im Jahr 1054 war eines der ersten Ereignisse, die das vorherrschende statische Verständnis vom Kosmos ins Wanken brachten.

Im Spätmittelalter setzte ein stärkeres Interesse an der Astronomie ein, und mit dem frühen Buchdruck wurden auch astronomische Werke verbreitet. Wesentliche Impulse zur Himmelskunde gab die Wiener astronomische Schule, beginnend mit Johannes von Gmunden (1380–1442). Sein Nachfolger Georg von Peuerbach als weltweit erster Astronomieprofessor (Universität Wien 1453) wurde durch Neubearbeitungen von Ptolemäus zu einem Vorgänger des Kopernikus. Sein Schüler Regiomontanus gab neben Abschriften der beiden oben erwähnten antiken Werke zahlreiche astronomische Bücher heraus, darunter ein Calendarium, das nach damaligen Maßstäben als Bestseller gelten kann. 1472 gelang ihm die Erstmessung des Winkeldurchmessers eines Kometen. Regiomontanus war empirisch eingestellt und bereit, traditionelle Vorstellungen zu hinterfragen. Eigene Beobachtung und Vergleich mit den Ergebnissen der antiken Wissenschaft sollten nach seiner Ansicht die Astronomie erneuern und helfen, „die Wahrheit“ zu finden. Mit dieser Haltung wurde er neben Nikolaus von Kues zum Wegbereiter des heliozentrischen Weltbildes.

Über Regiomontanus und andere in Wien wirkende Astronomen und Mathematiker verfasste Georg Tannstetter seine Darstellung der Viri Mathematici (1514; deutsch: Mathematische Männer), ein früher Ansatz zur Wissenschaftsgeschichtsschreibung.

Der Mönch Roger Bacon baute nach dem Vorbild von Aristoteles für Sonnenbeobachtungen die ersten Apparate in Form einer Camera obscura und beschrieb 1267 den Aufbau einer Linse korrekt.

Islamische Astronomie

Nachdem im Römischen Reich die Astronomie zwar noch gelehrt, aber nicht mehr erweitert wurde, ergab sich ein Fortschritt erst wieder nach der islamischen Expansion. Die führenden arabisch publizierenden Wissenschaftler waren häufig auch Hofastronomen oder Hofmathematiker der regionalen muslimischen Herrscher. Sie übernahmen in den von der arabischen Expansion betroffenen alten Kulturzentren viel vom naturwissenschaftlichen Fachwissen der Antike. Die arabischen bzw. in arabischer Sprache übermittelten Leistungen, unter anderem die astronomischen Überlegungen und Erfindungen eines Avicenna, betrafen vor allem die Astrometrie:

• Genaue Beobachtungen des Himmels – auch zu astrologischen Zwecken, obwohl der Islam den versuchten Blick in die Zukunft ungern sah und Astrologie nicht erlaubte
• Erstellung von Sternkatalogen, Benennung heller Sterne (bis heute in Gebrauch)
• Weiterentwicklung des Astrolabiums usw., genaue Vermessung der Ekliptikschiefe.

Ohne Teleskope waren die islamischen Astronomen jedoch nicht zu einer bedeutenden Erweiterung der antiken Erkenntnisse in der Lage. Das geozentrische Weltbild blieb allgemein anerkannt, nur Einzelheiten wie Epizykeln oder Sphären wurden zunächst diskutiert, wo möglich korrigiert und erweitert. Aufgrund der seit der Niederlegung dieser Theorien verflossenen Zeit, in der sich die Fehler akkumuliert hatten, waren die Diskrepanzen der antiken Theorien mit den Beobachtungen für die islamischen Gelehrten offensichtlich. Im 16. Jahrhundert, als sich auch in Europa die kopernikanische Wende vollzog, lehnten islamische Gelehrte die antiken Weltbilder zunehmend ab. Inwieweit diese beiden Wege unabhängig waren, oder ob Kopernikus über Umwege Kenntnis der islamischen Entwicklungen hatte, ist nicht bekannt.

Einige fortschrittliche Leistungen der islamischen Astronomen blieben letztlich ohne Folgen, so wie zum Beispiel das von Ulug Beg zu Beginn des 15. Jahrhunderts erbaute Observatorium von Samarkand. Als das beste seiner Zeit wurde es nach nur einer Generation von Ulug Begs Nachfolgern wieder geschleift und dem Verfall überlassen. Andere islamische Observatorien erlitten ein ähnliches Schicksal, nur das von Nasir Al-din al-Tusi 1264 erbaute Observatorium von Maragha überlebte seinen Erbauer um immerhin fast vierzig Jahre, bevor es zwischen 1304 und 1316 geschlossen wurde. Obwohl die islamischen Astronomen die Fehler der antiken Theorien erkannten und sie verbesserten, bestand ihre aus heutiger Sicht wichtigste Leistung dennoch im Bewahren, Übersetzen und teilweise Erweitern der antiken Naturwissenschaft, wozu die europäische Kultur während des Frühmittelalters kaum in der Lage war. Mit dem Ende der Blütezeit des Islams im 15. Jahrhundert vermochte die islamische Astronomie der europäischen aber kaum noch Impulse zu geben, und ihre Leistungen wurden schließlich durch die europäische Renaissance überholt und gerieten in Vergessenheit.

Der Entwicklungsstand der islamischen Astronomie ist auch exemplarisch für die Astronomie anderer Kulturkreise, die ein ähnliches Niveau erreichten, sich aber (ebenfalls ohne Teleskope) nicht darüber hinaus entwickeln konnten. Besonders erwähnenswert sind die indische oder vedische Astronomie, die chinesische und die präkolumbische Astronomie der indianischen Hochkulturen. Alle diese Kulturen besaßen ein in vielen Jahrhunderten angesammeltes beobachterisches Wissen, mit dem sich die periodischen Phänomene des Planetensystems vorhersagen ließen.

Kultureller Austausch mit dem Islam

Durch den kulturellen Austausch mit den islamischen Ländern, insbesondere nach der Errichtung der Kreuzfahrerstaaten im Nahen Osten im 12. Jahrhundert und im Verlauf der Reconquista (Übersetzerschule von Toledo), gelangten die Werke des Aristoteles und Ptolemäus über den Zwischenschritt der arabischen Übersetzung wieder in den Westen. Erst byzantinische Emigranten brachten schließlich die antiken Werke nach der Eroberung Konstantinopels durch die Osmanen im Original, beziehungsweise in griechischer Abschrift, nach Mitteleuropa. Auch im Hochmittelalter standen philosophisch-theologische Betrachtungen des Weltgebäudes eher im Brennpunkt als konkret beobachtete Himmelsereignisse. Die unterschiedlichen Modelle der Himmelssphären, wie sie etwa in den wiederentdeckten Werken des Aristoteles und des Ptolemäus beschrieben wurden, wurden ausführlich diskutiert und beispielsweise Fragen nach der Anzahl der Sphären erörtert, oder ob sich die Fixsternsphäre einmal am Tag drehe oder die Erde. An den Prinzipien dieser Kosmologie bestanden jedoch keine Zweifel.

Das 17. Jahrhundert

Zu Beginn des 17. Jahrhunderts begannen Astronomen damit, Himmelskörper mit Hilfe neu entdeckter optischer Instrumente zu beobachten. Das erste funktionsfähige Fernrohr wurde um 1608 in den Niederlanden gebaut. Wer der tatsächliche Erfinder war, ist umstritten.

1609 veröffentlichte Johannes Kepler sein Werk Astronomia Nova mit den ersten beiden keplerschen Gesetzen. Der Astronom Simon Marius entdeckte 1612 unsere Nachbargalaxie, den Andromedanebel, durch das Teleskop wieder (sie war bereits im 10. Jahrhundert vom persischen Astronomen Al-Sufi entdeckt worden). Schon 1610 veröffentlichte Galileo Galilei sein Buch Sidereus Nuncius, in dem er von seinen Neuentdeckungen per Fernrohr berichtete. 1632 erschien sein „Dialog über die zwei Weltsysteme“, jedoch musste er am 22. Juni 1633 dem heliozentrischen Weltbild abschwören. Er starb am 8. Januar 1642. Johann Baptist Cysat entdeckte 1619 neue, physikalisch zusammengehörige Doppelsternsysteme. Das führte zu Spekulationen über Planetensysteme um andere Sterne, eine Möglichkeit, die zuvor nur philosophisch, ausgehend von Giordano Bruno, diskutiert worden war. 1635 gelang Jean-Baptiste Morin als einem der ersten Astronomen, den hellsten Stern des Nordhimmels Arktur im Bärenhüter auch am Taghimmel zu beobachten.

1651 veröffentlichte Giovanni Riccioli die erste Mondkarte; 1655/56 gelang Christiaan Huygens und Giovanni Domenico Cassini die Entdeckung der Saturnringe, des Mondes Titan und des Orionnebels (Huygens, veröffentlicht 1659 in Systema Saturnium). Huygens erkannte als erster die wahre Natur der Ringe des Saturn.

1668 kam Isaac Newton auf die Idee, das Licht mit Spiegeln statt mit Linsen aus Glas zu bündeln – die Erfindung des Spiegelteleskops. Auch gelang ihm 1669 die Entdeckung der Massenanziehung (Gravitation) und die erste Theorie zur Erklärung des Phänomens „Licht“ als Teilchenstrahlung, so dass das Verständnis des Kosmos langsam auf eine neue Basis gestellt wurde. Er legte mit dem 1687 erschienenen epochalen Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica die ersten Grundlagen der Astrophysik, indem er die keplerschen Gesetze auf seine Theorie der Gravitation zurückführte.

In dieser Zeit entdeckte Cassini 1671 die Saturnmonde Japetus, 1672 Rhea, 1684 Tethys und Dione. Von 1683 bis 1686 fanden und erklärten Cassini und Nicolas Fatio de Duillier das Zodiakallicht.

Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit

1676 verglich Ole Rømer die Zeitpunkte, zu denen Monde des Jupiters durch den Jupiter verdeckt wurden, mit Berechnungen, die von einer gleichmäßigen Umkreisung des Planeten ausgingen. Er stellte fest, dass die Verfinsterungen der Monde einige Sekunden verspätet eintraten, wenn Abstand vom Jupiter zur Erde besonders groß ist. Daraus schloss Ole Rømer dass sich Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet. Aufbauend auf dieser Vorarbeit veröffentlichte Christiaan Huygens erstmal 1690 einen konkreten Wert der Lichtgeschwindigkeit in der Schrift Abhandlung über das Licht. Er nutzte die von Rømer angegebenen Zeiten als Laufzeitdifferenz und den von Cassini bestimmten Durchmesser der Erdbahn um die Sonne als Bezugsstrecke. Sein Ergebnis kam mit 280 Millionen km in heutigen Einheiten bis auf etwa zehn Prozent an den später mit anderen Methoden genauer bestimmten Wert heran.

Das 18. Jahrhundert

Die Astronomie des 18. Jahrhunderts ist vor allem von zwei großen Linien geprägt:

• In der Beobachtenden Astronomie u. a. die Verbesserung der Fernrohre (erste Achromate um 1730, große Spiegelteleskope, neue Okulare, Mikrometer usw.) und der Bau leistungsfähiger Sternwarten (Stichwort Astronomischer Turm)
• In der Theorie die Entwicklung der Himmelsmechanik (auf Basis des Newton’schen Gravitationsgesetzes) und erste Modelle der Kosmologie (Entstehung des Sonnensystems, Sternhaufen, Struktur der Milchstraße).

Daraus folgten wichtige Entdeckungen wie

• Planet Uranus, periodische Kometen, differentielle Sonnenrotation
• Eigenbewegung von Sonne und nahen Sternen, Fixstern-Aberration
• die erste Bestimmung der wirklichen Größe des Sonnensystems mittels der Berechnung der Astronomischen Einheit aus einem Venustransit.

Physik des Lichts und Spektralanalyse

1800 entdeckte Wilhelm Herschel die Infrarotstrahlung der Sonne, 1802 William Wollaston die Absorptionslinien im Sonnenspektrum. Unabhängig davon beschrieb Josef Fraunhofer 1813 die nach ihm benannten fraunhoferschen Linien im Sonnenspektrum und erfand ein Jahr später das Spektroskop. Durch die Forschungen von Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen wurde es im Jahre 1859 möglich, die Absorptionslinien im Sonnenspektrum durch energetische Vorgänge in Gasatomen und -Molekülen zu erklären. Damit wurde eine der wichtigsten Grundlagen für die moderne Astronomie gelegt, aus der sich die Astrophysik entwickelte.

Die Himmelsobjekte wurden mit Hilfe der Spektroskopie in Klassen eingeteilt, die später auf physikalische Gemeinsamkeiten zurückgeführt werden konnten. 1890 begann eine Gruppe von Astronominnen, unter ihnen Williamina Fleming, Antonia Maury und Annie Jump Cannon, die Klassifikation der Sterne nach deren Spektrum zu erarbeiten. Diese Spektralklassen sind bis heute eine wichtige Forschungsmethode.

Astrofotografie

Ein weiterer großer Schritt war die Ergänzung des menschlichen Auges als Beobachtungsinstrument durch die Fotografie. Die erste lichtbeständige Fotografie wurde 1826 von Joseph Nicéphore Nièpce angefertigt. 1840 gelang John William Draper die erste Aufnahme des Mondes mittels Daguerreotypie. Durch immer empfindlichere Fotoemulsionen wurden nun einerseits die Beobachtungen objektiver und besser dokumentierbar. Andrerseits eröffneten stundenlange Belichtungen die Möglichkeit, lichtschwächere Objekte wesentlich detailreicher als visuell zu erforschen. Einer der ersten Astronomen, der die Astrofotografie einsetzte, war der Jesuit Angelo Secchi, Direktor des Vatikanischen Observatoriums; er gilt auch als der Wegbereiter der Spektralanalyse.

Durch mehrstündige Belichtung konnte man ab etwa 1890 visuell kaum sichtbare Nebel wie den Nordamerikanebel oder Barnards Loop fotografieren; Edward Barnard entdeckte dabei zahlreiche Dunkelnebel der Milchstraße. In Heidelberg gelang die fotografische Entdeckung vieler Kleinplaneten anhand ihrer kurzen Bahnspuren. Mit Hilfe fotografischer Himmelsdurchmusterungen entstanden auch die ersten umfassenden Nebelkataloge wie der NGC.

Erfolge mit den neuen Teleskopen

Friedrich Wilhelm Bessel gelang 1838 mit dem Fraunhofer’schen Heliometer erstmals der Nachweis einer Fixsternparallaxe: 14-monatige Messungen von 61 Cygni zeigten eine periodische Verschiebung von 0,30" ± 0,02", woraus die Entfernung dieses Sterns zu 10 Lichtjahren folgte. Damit hatte sich das Universum gegenüber den Vorstellungen des 18. Jahrhunderts um mehr als das 10fache „vergrößert“. Durch den Vergleich von dokumentierten Beobachtungen aus dem 18. Jahrhundert und aktuellen Beobachtungen konnte Bessel die Präzessionskonstante der Erde berechnen.

Die Riesenteleskope von Herschel und Lord Rosse zeigten die genauen Strukturen von Nebelflecken, Sternhaufen und erstmals die Spiralarme naher Galaxien. Ab 1880 ermöglichte die Lichtstärke neuer Riesenteleskope die spektroskopische Analyse der Gasplaneten und ihrer Atmosphären. Durch die Positionsastronomie weit entfernter Sterne gelang Newcomb die Etablierung eines exakten Inertialsystems der Himmelskoordinaten.

Alvan Graham Clark entdeckte 1862 den von Bessel 1844 vorhergesagten Sirius-Begleiter (Sirius B). Dieser extrem dichte Zwergstern war der erste aufgefundene Weiße Zwerg. 1877 fand Asaph Hall die zwei Monde des Mars und Schiaparelli die sogenannten „Marskanäle“ – in der Folge erhielten Spekulationen über „Marsmenschen“ gewaltigen Auftrieb. 1898 meldete Gustav Witt die Entdeckung des erdnahen Asteroiden Eros, der bald für genaue Distanzmessungen diente.

Die Entdeckung des Neptun

Angeregt durch Herschels Entdeckung des Uranus fahndeten die Astronomen nach weiteren Planeten und wurden mit den Objekten des Asteroidengürtels fündig. Da Uranus bereits ein Jahrhundert zuvor als Stern katalogisiert worden war, ohne ihn als Planeten zu erkennen, standen bald ausreichend Daten zur Verfügung, um Störungen in der Uranusbahn zu erkennen. Aus ihnen wurde der Ort des später Neptun genannten Planeten mathematisch vorausgesagt, den schließlich Johann Gottfried Galle 1846 fand. Schon Galilei hatte Neptun am 27. Dezember 1612 gesehen, ihn aber nicht als Planeten erkannt.

1900–1930

1900 veröffentlichte Max Planck das plancksche Strahlungsgesetz; ein Hinweis auf die Entropie des Universums und Wegbereiter der Quantentheorie. 1901 beobachtete Charles Dillon Perrine zusammen mit George Willis Ritchey Gasnebel um den Stern Nova Persei, die sich scheinbar mit Überlichtgeschwindigkeit bewegten, wenige Jahre später entdeckte er zwei Jupitermonde. 1906 entdeckte Max Wolf den ersten Trojaner (Achilles) und etwa im selben Zeitraum Johannes Franz Hartmann erste Hinweise auf die Existenz interstellarer Materie.

1913 entwickelte Henry Norris Russell aufbauend auf den Arbeiten von Ejnar Hertzsprung das sogenannte Hertzsprung-Russell-Diagramm. Dabei handelt es sich um ein auf spektralanalytischer Einteilung basierendes Verfahren, aus dem Hinweise auf den Entwicklungszustand von Sternen abgeleitet werden können.

Am 30. Juni 1908 erfolgte der gigantische Einschlag des Tunguska-Meteoriten (40 km² verwüstet) und 1920 in Südwestafrika (heute Namibia) die Auffindung des schwersten Eisenmeteoriten aller Zeiten (Meteorit Hoba, ca. 60 Tonnen, 2,7 m × 2,7 m × 0,9 m). 1923 gelang u. a. Edwin Hubble der Nachweis, dass der Andromedanebel (M 31) weit außerhalb der Milchstraße liegt, es also auch andere Galaxien gibt. 1927 fand Georges Lemaître mit Hilfe der von Milton Lasell Humason nachgewiesenen Rotverschiebung die Expansion des Weltalls. 1929 legte Hubble überzeugend einen linearen Zusammenhang zwischen Rotverschiebung und Entfernung von Galaxien dar. Obwohl seine Berechnungen zwischenzeitlich mehrfach verbessert wurden, trägt die so errechnete fundamentale Größe der Kosmologie seinen Namen (Hubble-Konstante). Die sich aus dieser Größe ergebende Hubble-Zeit bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem rechnerisch die Expansion des Weltalls begonnen hat (Urknall). Hubble selbst berechnete etwa 2 Milliarden Jahre; heutzutage wird ein Wert von knapp 14 Milliarden Jahren postuliert.

Neptun, der für Bahnabweichungen des Uranus verantwortlich gemacht worden war, war zwar 1846 gefunden worden, doch in den Bahnen der beiden Planeten gab es immer noch unerklärliche Abweichungen. Also suchte man weiter nach einem hypothetischen neunten Planeten, „Transneptun“.

Bei dieser Suche hatte Percival Lowell 1915 Pluto fotografiert, ihn aber zu diesem Zeitpunkt nicht als Planeten erkannt. Erst am 18. Februar 1930 entdeckte ihn Clyde Tombaugh im von Lowell gegründeten Lowell-Observatorium durch Vergleiche einiger Himmelsaufnahmen am Blinkkomparator auf fotografischen Platten. Bis 2006 wurde Pluto als neunter Planet gezählt. Seitdem gehört er zur neugeschaffenen Klasse der Zwergplaneten.

Mitte des 20. Jahrhunderts

Im Laufe seiner Arbeit am Observatorium auf dem Pic du Midi de Bigorre fand Bernard Lyot, dass die Oberfläche des Mondes Eigenschaften von vulkanischem Staub aufweist und auf dem Mars Sandstürme auftreten. 1931 fand Karl Guthe Jansky die Radioquelle „Sagittarius A“. In den Folgejahren entwickelten dann 1933 auch Walter Baade und Fritz Zwicky ihre Theorien über den Übergang von Supernovae in Neutronensterne: Die Materiedichte dort musste der Dichte der Atomkerne entsprechen. Die Antwort auf die Frage, was in Sternen vorgeht, bevor diese zu solchen Neutronensternen kollabieren, gelang 1938 Hans Bethe und Carl Friedrich von Weizsäcker, die die Wasserstoff-Fusion zu Helium im C-N-Cyclus entdeckten (stellarer Fusionsprozess, Bethe-Weizsäcker-Zyklus; im gleichen Jahr fand Nicholson den 10. und 11. Jupitermond, Lysithea und Carme). Somit konnte man davon ausgehen, dass Sterne durch Wasserstoff-Fusion aufleuchten und brennen, bis ihr Wasserstoffvorrat thermonuklear ausgebrannt ist. Danach kommt es zum „Helium-Flash“, in dessen Folge Helium zu schwereren Elementen fusioniert wird. 1965 fanden Kippenhahn, Thomas, Weigert und andere Astronomen und Kernphysiker heraus, dass die Fusion von Wasserstoff und Helium im Riesenstern auch nebeneinander ablaufen kann (ab ca. drei Sonnenmassen). Das Endstadium dieser Prozesse ist dann ein Schwarzes Loch.

Ein erster Radarkontakt zu einem Himmelskörper gelang schon 1946, am 10. Januar (erstes Radarecho vom Mond, Weglänge 2,4 Sekunden). 1951 folgte die Entdeckung der kosmischen 21-cm-Radiostrahlung (vom interstellaren Wasserstoff), später die Entdeckung der 2,6-mm-Strahlung (vom Kohlenmonoxid). 1956 wurde erstmals Radiostrahlung aus elektrischen Entladungen in der Venusatmosphäre empfangen. 1964 wurde die 3K-Hintergrundstrahlung entdeckt („Echo des Urknalls“). Die Radioastronomie war erfunden.

Erste Studien der Umlaufgeschwindigkeiten von Sternen in Spiralgalaxien durch Vera Rubin zeigten seit 1960 eine deutlich über den Erwartungen liegende Umlaufgeschwindigkeit, speziell in den Außenbereichen der Galaxien. Das Konzept der Dunklen Materie löst diesen Widerspruch zwischen allgemeiner Relativitätstheorie und Beobachtung auf. Obwohl viele weitere Beobachtungen die Hypothese der Dunklen Materie stützen, fehlt bis heute (2020) der direkte Nachweis eines Teilchens der Dunklen Materie. Die Dunkle Materie bildet eine wichtige Stütze des aktuellen Standardmodells der Kosmologie.

Am 12. Mai 1971 ging in Effelsberg, Eifel, das erste deutsche Radioteleskop in Betrieb. Doch auch in der optischen Astronomie wurde weitergeforscht: 1973 nahm James Van Allen eine systematische Himmelsdurchmusterung vor, pro Quadratgrad wurden (bis hinab zur Helligkeit von nur 20^m) 31.600 Sterne und 500 Galaxien registriert, also 1,3 Milliarden Sterne und 20 Millionen Galaxien (mit je ca. 200 Milliarden Sternen). Derweil entwarf 1974 Stephen Hawking seine Theorie der Emission virtueller Teilchen aus Schwarzen Löchern. Am 29. März 1974 erreichte Mariner 10 als erste Sonde den innersten Planeten Merkur, unterstützt durch die Swing-by-Technik am Planeten Venus am 5. Februar 1974. Weitere Merkurpassagen fanden am 21. September 1974 und am 16. März 1975 statt. Am 10. März 1977 wurden die Ringe des Uranus erstmals beschrieben.

Viele Aktivitäten in der Astronomie und Raumfahrt galten ab Mitte der 1970er Jahre der Frage, ob es weitere bewohnbare oder gar bewohnte Welten gebe. Ein erster aktiver Versuch zur Kontaktaufnahme mit außerirdischen Zivilisationen wurde am 16. November 1974 unternommen (Aussendung eines 1,679-kB-Radiosignals zum Kugelsternhaufen M13; Signalankunft dort: etwa im Jahre 27.000 n. Chr.). 1976 gelang Joachim Trümper die Entdeckung eines stellaren Supermagnetfeldes über 58-keV-Strahlung der gyrierenden Elektronen bei HZ Herculis: 500 · 10⁶ Tesla (Erdmagnetfeld an der Oberfläche: ca. 50 · 10⁻⁶ Tesla). 1977 fand Charles Kowal den ersten Zentauren Chiron (ferner Planetoid, Durchmesser 200 bis 600 km, Bahnradius 8,5 bis 18,9 AE).

Raumfahrt – Sonden

Am 3. März 1972 startete die NASA die Sonde Pioneer 10. Sie war zum 3. Dezember 1973 die erste Raumsonde, die am Planeten Jupiter vorbeiflog. Die Schwestersonde Pioneer 11 hob am 6. April 1973 ab, passierte am 3. Dezember 1974 den Jupiter und flog am 1. September 1979 als erste Sonde am Saturn vorbei.

Am 5. September 1977 startete die NASA Voyager 1, der eine Jupiterpassage nach 675 Mio. km Reise am 5. März 1979 gelang, ihre Saturnpassage folgte im November 1980. Am 20. August 1978 startete mit Voyager 2 die erfolgreichste Swing-by-Raumsonde aller Zeiten in das äußere Sonnensystem (Missionsdaten: Jupiterpassage 9. Juli 1979, Saturnpassage, Uranusvorbeiflug Januar 1986, Neptunpassage 1989), und noch als sie auf die Reise ging, meldete James W. Christy die Entdeckung des Plutomondes Charon. 1977/78 entdeckte man in den Fernen des Weltalls auch erstmals organische Moleküle in der interstellaren Materie: z. B. Essigsäure, Methylcyan, Aminomethan, Ethanol usw., ein radioastronomischer Hinweis auf eine mögliche chemische Evolution. Die unbemannte Raumfahrt stieß an die Grenzen unseres Sonnensystems: 1979/1980 Entdeckung zahlreicher Jupiter- und Saturnmonde mit Pioneer 11 und Voyager 2. 1983 passiert Pioneer 10 als erste Raumsonde die Plutobahn – elf Jahre nach ihrem Start. 1984 Erstfotografie und Erstdurchflug des Saturnringes.

Die 1980er und 1990er Jahre

Die Sonde ISEE-3 flog (1985, 11. September) erstmals durch einen Kometenschweif (mit Gasanalyse: Sonde ISEE-3 bei Giacobini-Zinner). In der Stellar-Astronomie galt die Supernova von 1987 in der Großen Magellanschen Wolke als die Sensation der 1980er Jahre (24. Februar: Erstregistrierung und -fotografie eines Supernova-Ausbruchs, deren Neutrinos die Erde noch vor den ersten optisch wahrnehmbaren Signalen erreichten). Es handelte sich um die erste von der Erde freiäugig sichtbare Supernova seit der Keplerschen Supernova 1604. Die Instrumente, die den Astronomen zur Verfügung standen, wurden immer besser, genauer, auch komplizierter. Im Rahmen des Great Observatory Program der NASA wurden vier überaus erfolgreiche Teleskope gestartet, welche über viele Jahre wichtige astronomische Beobachtungen ermöglichten. Am 24. April 1990, meldete die NASA den Start des Weltraumteleskops Hubble. Das neue Beobachtungsgerät ermöglichte – frei von Störungen durch die Erdatmosphäre – in den Folgejahren Himmelsaufnahmen von neuer, großartiger Auflösung. Am 6. August 1993 kam es so zur Entdeckung von Stickstoffeis auf Pluto (statt des zuvor vermuteten Methaneises). Dieses Teleskope sollte für mehr als 20 Jahre wichtige Erkenntnisse sammeln. Es wurden jedoch auch weitere Teleskope gestartet, deren Aufnahmen Untersuchungen außerhalb der optischen Wellenlängenbereichs erlaubte. Dies waren insbesondere die Weltraumteleskope Chandra (Röntgenastronomie) und Spitzer (Infrarotastronomie). Ebenfalls eine wichtige Mission war der Hipparcos-Satellit. Dessen Ergebnis war der Hipparcos-Katalog, der bis anhin genaueste Sternkatalog mit über 100.000 genau vermessenen Sternen (Helligkeiten, Sternörter, Parallaxen, Eigenbewegungen).

Auch Sonden erforschten das Sonnensystem weiter: Galileo erreichte am 29. Oktober 1991 den Planetoiden Gaspra und war am 28. August 1993 bei Ida, Ulysses flog am 13. September 1994 über den Sonnensüdpol und die Galileo-Eintrittskapsel am 7. Dezember 1995 sogar in die Jupiteratmosphäre: Erstmals konnte die Gashülle eines Gasplaneten spektroskopisch untersucht werden. Alan Hale und Thomas Bopp veröffentlichten die Entdeckung des Kometen am 22. Juli 1995 Hale-Bopp nahe der Jupiterbahn. Der Komet erreichte im März 1997 eine scheinbare Helligkeit von −1^m. Hinweise auf außerirdisches Leben sollen 1996 in dem vom Mars stammenden Antarktis-Meteoriten ALH 84001 (Alter 3,6 Mrd. Jahre) entdeckt worden sein (umstritten).

Ende der 1990er Jahre führten Beobachtungen von Supernovae vom Typ Ia und die Analyse ihrer jeweiligen Rotverschiebung zur Entdeckung der beschleunigten Expansion des Universums. Diese beschleunigte Expansion lässt sich bereits in Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie durch hinzufügen der sogenannten kosmologischen Konstante beschreiben. Verantwortlich für diese beschleunigte Expansion ist die Dunkle Energie, über deren Natur sehr wenig bekannt ist und die gemäß aktuellem Forschungsstand die dominierende Energieform des Universums bildet.

Fazit zur Entwicklung im 20. Jahrhundert

Dem Verstehen der physikalischen Welt durch die Astronomie gelten der Vorschlag Arthur Eddingtons von 1920, die Kernfusion als Energiequelle der Sterne in Betracht zu ziehen, und das Erkennen der Spiralnebel als extragalaktische Objekte durch Edwin Hubble 1923 sowie dessen Idee eines sich ausdehnenden Universums von 1929, die er nach einem Vergleich zwischen Entfernung und Fluchtgeschwindigkeit der Galaxien entwickelte, als Meilensteine. Das Modell des aus einem Urknall heraus expandierenden Universums ist heute allgemein anerkannt.

Albert Einstein lieferte mit seiner speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie die Grundlage für viele Theorien der modernen Astrophysik. So basiert beispielsweise die oben genannte Kernfusion auf der Äquivalenz von Masse und Energie, bestimmte extreme Objekte wie Neutronensterne und Schwarze Löcher bedürfen der allgemeinen Relativitätstheorie zur Beschreibung und auch die Kosmologie basiert in weiten Teilen auf dieser Theorie.

Ebenfalls von entscheidender Bedeutung für ein besseres Verständnis des Universums waren die Erkenntnisse der Quanten- und Teilchenphysik des 20. Jahrhunderts. Viele astronomische Beobachtungen ließen sich ohne Kenntnisse der Teilchen und Strahlungsformen der Quantenphysik nicht erklären. Umgekehrt bildet die astronomische Beobachtung eine wichtige Erkenntnisquelle der Quantenphysiker, da hochenergetische Strahlung aus dem Kosmos die Erde erreicht und einem tieferen Verständnis dient.

Mit dem Beginn der Raumfahrt in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts bekam die Astronomie Gelegenheit, einige ihrer im Sonnensystem gelegenen Forschungsgegenstände direkt aufzusuchen und wissenschaftliche Analysen vor Ort vorzunehmen. Doch mindestens ebenso wichtig war auch der Wegfall der Beschränkungen der Erdatmosphäre, mit dem sich durch satellitengestützten Observatorien der Ultraviolettastronomie, der Röntgenastronomie und der Infrarotastronomie neue Wellenlängenbereiche und damit neue Fenster ins Universum öffneten, von denen jedes zuvor ungeahnte Erkenntnisse erbrachte. Mit der Erforschung von Neutrinos der Sonne und der Supernova 1987A, der Beobachtung von Teilchenschauern der kosmischen Strahlung und dem Bau von Gravitationswellendetektoren begann die moderne Astronomie außerdem erstmals, andere Strahlungsarten als die elektromagnetische Strahlung zu untersuchen. Gleichzeitig boten sich der visuellen Astronomie mit Teleskopen wie dem Hubble-Weltraumteleskop oder dem Very Large Telescope neue Beobachtungsmöglichkeiten.