Die Kosmologie ist ein Spezialgebiet der Astronomie und befasst sich mit Aufbau und Entwickung des Universums. Sie entstand aus der Astronomie, die mit der Beobachtung des Nachthimmels und der Feststellung von Regelmäßigkeiten im Lauf von Sonne und Planeten begann. Hieraus ließen sich Bewegungsgesetze ableiten. Frühe Astronomen konnten mit Hilfe dieser Gesetze Sonnen- und Mondfinsternisse präzise voraussagen und dadurch Ruhm und Ehre gewinnen.


Weltbild des Ptolemäus

Die erste Kultur, die sich Berufsastronomen leistete, waren die Babylonier. Sie benutzten ein auf der Zahl 60 basierendes Zahlensystem, um die Positionen von Mond, Sonne und Planeten aufzuzeichnen. Im babylonischen Weltbild befand sich die Erde im Mittelpunkt, umgeben von Wasser. Um die Erde herum bewegten sich Mond, Merkur, Venus, Sonne, Mars, Jupiter und Saturn. Jenseits des Saturns erstreckte sich ein rundes Gewölbe, an dem die Fixsterne angeheftet waren. Alles war von Wasser umschlossen.

Die Griechen übernahmen zunächst das Weltbild der Babylonier. Thales von Milet beschrieb um 500 v. Chr. die Erde als eine flache, von Wasser umgebene Scheibe. Spätere griechische Denker brachten an diesem Modell erhebliche Modifikationen an.

Anaxagoras (um 450 v. Chr.) hielt die Erde für einen vertikalen Zylinder, auf dessen runder Stirnseite wir leben. Der Mond war eine Spiegelung des Sonnenlichts und Mondfinsternisse ein Resultat des Erdschattens, der das Sonnenlicht abdeckt.

Eudoxus (um 350 v. Chr.) beschrieb die Bewegungen der Planeten um die Erde als kleine Kreise auf großen Kreisbahnen. Die Kombination von zwei Kreisbewegungen war nötig, um die seltsame Bahn der Planeten relativ zur stillstehenden Erde zu erklären. Diese bewegen sich nämlich meistens in die gleiche Richtung, manchmal jedoch rückwärts.

Aristoteles (384 – 322 v. Chr.) überarbeitete das Modell des Eudoxus. Durch Hinzufügen von noch mehr Kreisen gelang es ihm, die Planetenpositionen in einem halbwegs mit den Beobachtungen übereinstimmenden Modell zu beschreiben.

Aristarchus (um 250 v. Chr.) machte die erste grobe Abschätzung der Entfernungen von Sonne und Mond. Nach seinen Berechnungen war die Sonne zwanzigmal weiter von der Erde entfernt als der Mond. Da sie uns gleichgroß erscheint, musste sie also in Wirklichkeit auch zwanzigmal größer sein. Aristarchus fragte sich, ob es dann Sinn macht, dass sich die Sonne um die Erde bewegt. Wenn die Sonne soviel größer ist, sollte es dann nicht umgekehrt sein?

Ptolemäus (um 150 n. Chr.) überarbeitete das Modell des Eudoxus und Aristoteles und fasste in seinem Buch Amalgest das astronomische Wissen seiner Zeit zusammen. Er beschrieb ein kompliziertes Modell von Planeten-Kreisbahnen, deren Mittelpunkte sich wiederum auf größeren Kreisbahnen, den Deferenten, bewegten. Er justierte die Kreise so lange, bis er eine gute Übereinstimmung mit den beobachteten Planetenpositionen erzielte.

Thomas von Aquin (1225 – 1274) machte das geozentrische Weltbild des Ptolemäus zum christlichen Dogma, das die nächsten 700 Jahre innerhalb der Kirche Bestand haben sollte.

Nicolaus Kopernikus (1473 – 1543) entwarf ein völlig neues Weltbild mit der Sonne im Zentrum, umgeben von Erde und Planeten auf kreisförmigen Bahnen. Dies endlich erklärte die seltsame Rückwärtsbewegung der Planeten, die sich immer dann ereignet, wenn die Erde auf ihrer Bahn einen äußeren Planeten überholt. Allerdings stimmte sein Modell nicht mit den Beobachtungen überein. Deshalb musste auch er auf Eudoxus' und Aristoteles' komplizierte Kreise auf Kreisen zurückgreifen.

Tycho Brahe (1546 – 1601) stellte die bis dahin genauesten Tabellen der Planetenbewegungen auf, basierend auf präzisen Messungen mit einem Quadranten. Er entwickelte ein neues Konzept des Sonnensystems, wonach sich zwar die Planeten um die Sonne bewegen, diese aber wiederum die Erde umkreist. Da man aus Beobachtungen von zwei Körpern allein nicht entscheiden kann, welcher nun welchen umkreist, war dieses Konzept dem Weltbild des Kopernikus prinzipiell ebenbürtig.

Johannes Kepler (1571 – 1630) hatte die Idee, dass sich Erde und Planeten nicht auf Kreisbahnen, sondern auf Ellipsen um die Sonne bewegten, und zwar mit einer vom Bahnradius abhängigen Geschwindigkeit. Nun endlich verfügte man über ein einfaches Modell des Sonnensystems, das perfekt mit den Beobachtungen übereinstimmte.

Galileo Galilei (1564 – 1642) erforschte als erster den Himmel mit einem Fernrohr. Er entdeckte die Monde des Jupiters und stellte fest, dass die Milchstraße aus einer Vielzahl einzelner Sterne besteht. Die Kirche zwang ihn schließlich unter Androhung von Folter und Tod, sich öffentlich wider besseres Wissen zum geozentrischen Weltbild zu bekennen.

Isaac Newton (1642 – 1727) gelang es, die Planetenbewegung durch ein einfaches Gravitationsgesetz vollständig zu erklären. Damit war das geozentrische Weltbild endgültig widerlegt. Es wurde zwar noch bis ins 19. Jahrhundert von der Kirche beibehalten, aber von Wissenschaftlern nicht mehr ernst genommen.

Hölzernes 40-Zoll-Spiegelteleskop des Wilhelm Herschel, 1785

Danach ging es mit der Astronomie in Riesenschritten voran. Seit Ende des 17. Jahrhunderts stehen Fernrohre zur Verfügung, seit dem 19. Jahrhundert die Spektroskopie und seit dem 20. Jahrhundert die Radioteleskopie. Letztere brachte Erkenntnisse über Größe und Alter des Universums durch die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung. Seit fast 50 Jahren führen Satelliten und Raumsonden direkte Beobachtungen im interplanetarischen und interstellaren Raum durch.

Wir können jedoch prinzipiell nicht unendlich weit ins Weltall schauen. Astronomische Beobachtungen sind auf das Hubble-Volumen beschränkt, einen kugelförmigen Bereich von 46 Milliarden Lichtjahren Radius. Aus den Beobachtungen und den bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten lassen sich aber begründete Vermutungen über den Zustand des Universums außerhalb dieses Beobachtungsbereichs ableiten (s. Parallelwelten).

Eines der wichtigsten, wenn nicht das wichtigste Gebiet der Kosmologie überhaupt ist das Bestimmen der Entfernungen zu beobachteten Himmelsobjekten. Kosmologische Entfernungen werden oft nicht in Meter angegeben, sondern in Lichtjahren oder Parsec. Ein Lichtjahr* ist die Strecke, die ein Lichtstrahl im Vakuum in 365,25 Tagen zurücklegt (1 Lichtjahr = 9.460.528.000.000 Kilometer). Ein Parsec ist die Entfernung eines Sterns, der von gegenüberliegenden Positionen der Erdbahn genau um eine Bogensekunde, d.h. 1/3600 Winkelgrad gegen den Hintergrund verschoben erscheint (1 Parsec = 3,26 Lichtjahre). Einige kosmologische Entfernungen:

 

9 Lichtminuten

zur Sonne.

4,3 Lichtjahre

zum nächsten sichtbaren** Fixstern, dem Alpha Centauri.

365 Lichtjahre

zur nächsten außerirdischen Zivilisation (ohne Gewähr).

100.000 Lichtjahre

zum Ende der Milchstraße.

2,7 Millionen Lichtjahre

zur nächsten Galaxie, dem Andromedanebel.

250 Millionen Lichtjahre 

zum Großen Attraktor.

32 Milliarden Lichtjahre

zur fernsten sichtbaren Galaxie, Abell 2218/391.

46 Milliarden Lichtjahre

zum Ende der beobachtbaren Welt.

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* Journalisten verwechseln Lichtjahre gern mit Jahren. Wundern Sie sich also nicht, wenn Sie z.B. im SPIEGEL lesen, das Universum sei vor 13,7 Milliarden Lichtjahren entstanden.

** Alpha Centauri ist in Wirklichkeit ein Doppelstern, ein System aus zwei einander umkreisenden Sternen. Der Rote Zwergstern Proxima Centauri ist uns mit einer Entfernung von 4,24 Lichtjahren noch etwas näher, jedoch mit bloßem Auge nicht sichtbar. Von Europa aus liegen die Centauri-Sterne stets unter dem Horizont.

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