Die Kraft der Ellipsen - Mensch und Weltraum

Die großen Entdeckungen der Astronomie seit der Antike
Mensch und Weltraum
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Die Kraft der Ellipsen
Johannes Kepler hat den Weg bereitet. Er erkannte, dass die Bahnen der Planeten um die Sonne keine perfekten Kreise beschreiben, sondern elliptisch sind. Die Planeten beschleunigen in der der Nähe der Sonne und verlangsamen ihre Geschwindigkeit in Sonnenferne. Jetzt galt es die Kraft zu bestimmen, welche die Planeten um eine Bahn um die Sonne zwang.
Der Apfel und der Kopf Isaac Newtons.
Ganz so, als ob die Natur den Schwung in das Zeitalter der großen Entdeckungen nicht verlieren wollte, ließ sie ein Jahr nach dem Tode Galileis, den nicht minder großen Isaac Newton das Licht der Welt erblicken.
Wir merken, wie plötzlich eins ins andere greift. Wie die mühevollen, verlustreichen Entdeckungen der Vergangenheit in die Zahnräder der jungen Neuzeit greifen, um dort weitere, für die Zukunft der Menschen bedeutende Entdeckungen anzustoßen. So wie zum Beispiel die die von Kepler entdeckten elliptischen Bahnen der Planeten Isaac Newton anregten, über Keplersche Bewegung der Körper und die magnetische Wirkung der Sonne nachzudenken. Er veröffentlichte 1686 die berühmte „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ oder kurz „Principia“. Eine mathematische Abhandlung, abgeleitet aus den Keplergesetzen, die eine Kraft beschreibt, welche umgekehrt zum Quadrat der Entfernung abnimmt: die Gravitationskraft. Nein, Newton hat vermutlich nicht unter einem Baum gelegen und wurde nicht von einem herabfallenden Apfel zur „Erfindung“ der Schwerkraft inspiriert. Diese hübsche Anekdote ist wohl frei erfunden.
Newton wurde von Edmond Halley, der später noch Erwähnung finden wird, nachdrücklich dazu überredet, diese Gesetze zu veröffentlichen.
In diesem Zusammenhang muss darauf hingewiesen werden, dass auch andere gelehrte Zeitgenossen über solche Probleme nachdachten, aber oft zu Unrecht kaum Erwähnung finden. So zum Beispiel Robert Hooke, der Newton bereits 1674 in mehreren Briefen zu Gedanken über ein Kraftgesetz aufgrund der
Ellipsenbahnen von Kepler informierte, dessen beschriebene Kraft im umgekehrten Quadrat zur Entfernung abnehme. Die „Principia“ hatte deshalb auch im Vorlauf ihrer Veröffentlichung Plagiatsstreitigkeiten mit Hooke zu überstehen.
Wie dem auch gewesen sei, Newtons Schwerkraftsgesetze und seine Lehre von sich bewegenden Körpern sind auch heute noch und vermutlich bis in alle Ewigkeit sogar zur Beschreibung der Anziehungskraft von Schwarzen Löchern geeignet. Was hier 1686 geschehen ist, ist nicht weniger als der Einzug der Physik in die Philosophien über die Natur. Keplers Gesetze sind von nun an durch die Physik legitimiert.
Newton hat sich auch intensiv mit dem Phänomen Licht beschäftigt. Er bewies, dass das weiße Licht in Wahrheit aus mehreren Farben bestand, indem er es mit einem Glasprisma zerlegte. Die in der Projektion erscheinenden Spektralfarben des Lichtes führte er über ein zweites Prisma wieder zusammen und erhielt wieder das ursprüngliche weiße Licht. Diesem, zunächst als Spielerei erscheinende Versuch, wird später in der Astronomie eine bedeutende Rolle zukommen.
Newtons genialer Geist spielte auch bei einer anderen, bedeutenden Erfindung eine große Rolle. Er verbesserte die seit 1616 im Gebrauch befindlichen Spiegelteleskope mit Schrägeinblick (siehe auch Hinweise auf der Seite "Geputzte Fenster"), indem er einen kleinen Fangspiegel einbaute, der einen seitlichen Einblick in das Teleskop ermöglichte. Ein kleiner, für die Verbesserung der Bildqualität aber entscheidender Schritt. Newton-Teleskope sind noch heute aktuell.
Die Mathematik des Isaac Newton
Die Entdeckung Keplers über die elliptischen Bahnen der Planeten um die Sonne und die drei Gesetze Keplers zur orbitalen Bewegung der Planeten um die Sonne waren für Isaac Newton Inspiration, sich mit der Kraft, welche solche Bewegungen möglich macht, eingehend zu beschäftigen. Heraus kam eine Mathematik, welche die Bewegung von Körpern und die hierzu notwendigen Kräfte beschreibt.
Niedergeschrieben in der PRINZIPIA MATHEMATICA.
Spielerei? mit Licht!
Quasi nebenbei beschäftigte Newton auch die Natur des Lichts. Er entdeckte, dass weißes Licht aus einem Farbspektrum besteht - von Violett bis dunkelrot. Newton leitete Licht durch ein Prisma. Das Licht zerfiel in die Farben des Regenbogens. Im Umkehrschluss führte er das Farbspektrum über ein weiteres Prisma wieder zurück zur weißen Farbe.
Trotz seiner Genialität konnte Newton nicht wissen oder vermuten, dass diese Entdeckung in der späteren Physik und Astrophysik eine bedeutende Rolle einnehmen wird.
Das Spiegelteleskop
Das damals seit kurzer Zeit im Gebrauch befindliche Spiegeltelskop, das im Gegensatz zu den Linsentelseskope das empfangene Licht nicht bricht, sondern reflektiert, war in zahlreichen technisch voneinander verschiedenen Ausführungen konstruiert worden. Ein Teleskoptypus arbeitete mit einem gekippten Hohlspiegel, damit der Betrachter nicht dem Licht im Weg steht. Newton konstruierte zusätzlich einen kleinen schrägstehenden Fangspiegel, der dann einen seitlichen Einblick erlaubte. Der große Spiegel musste nun nicht mehr gekippt installiert werden. Die Bildqualität war jetzt um Klassen besser.
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