Kepler beschreibt die Umlaufbahnen

Die Geschichte

Der vollkommene Kreis

Seit der Antike hatten die Astronomen eine feste Vorstellung: Der Himmel ist vollkommen, und vollkommene Dinge bewegen sich auf der vollkommensten Figur, dem Kreis. Deshalb hatten Ptolemäus und auch Kopernikus sich vorgestellt, die Planeten kreisten auf Kreisen oder auf Kreisen über anderen Kreisen. Das System funktionierte nur zum Teil, und damit es mit den Beobachtungen übereinstimmte, brauchte man immer neue Korrekturen.

Johannes Kepler wurde 1571 in Weil der Stadt in Deutschland in einer bescheidenen Familie geboren. Er war ein zartes, kränkliches Kind, aber in der Schule hervorragend und kam dank eines Stipendiums an die Universität. Er hatte eine Leidenschaft für Mathematik und Astronomie, und als er die Idee des Kopernikus kennenlernte, wonach die Erde um die Sonne kreist, war er davon beeindruckt.

Tycho und der Mars

Im Jahr 1600 zog Kepler nach Prag, in die Hauptstadt Kaiser Rudolfs II., um mit dem dänischen Astronomen Tycho Brahe zu arbeiten. Tycho war ein außergewöhnlicher Beobachter: Jahrzehntelang hatte er die Stellung der Planeten mit nie zuvor erreichter Genauigkeit gemessen, mit bloßem Auge, mit großen, von ihm entworfenen Instrumenten. Er traute dem System des Kopernikus nicht, aber seine Daten waren ein Schatz. Tycho starb 1601, und Kepler erbte seine Tafeln und die Stelle als kaiserlicher Mathematiker.

Kepler bekam das schwierigste Problem zugewiesen: die Bahn des Mars, des Planeten, der sich nicht in Kreise fügen wollte. Jahrelang probierte er verschiedene Kombinationen von Kreisen aus, mit enormen Berechnungen von Hand. Am Ende fand er eine, die fast perfekt mit den Beobachtungen übereinstimmte, aber um acht Bogenminuten danebenlag, also einen winzigen Bruchteil, etwa ein Viertel der Breite des Vollmonds. Ein anderer Astronom hätte es gut sein lassen. Kepler überlegte, dass Tycho sich nicht um so viel geirrt haben konnte und dass das Modell falsch war.

Die Ellipse

Eine Zeit lang war Kepler fast verzweifelt: Er schrieb, es komme ihm vor, als habe er „einen Krieg gegen den Mars“ geführt. Nach sehr vielen Versuchen entdeckte er, dass die Bahn des Mars kein Kreis, sondern eine Ellipse ist, also eine Art gedrückter Kreis, und dass die Sonne nicht in der Mitte steht, sondern in einem der beiden besonderen Punkte, den Brennpunkten. Das ist das erste Keplersche Gesetz. Das zweite Gesetz besagt, dass sich der Planet schneller bewegt, wenn er der Sonne näher ist, und langsamer, wenn er weiter weg ist, sodass die Verbindungslinie zur Sonne in gleichen Zeiten gleiche Flächen überstreicht.

Kepler veröffentlichte diese beiden Gesetze 1609 in der „Astronomia nova“, also der „Neuen Astronomie“, einem langen Buch voller Berechnungen, in dem er auch seine Fehler und falschen Fährten erzählt. Zehn Jahre später fügte er in der „Weltharmonik“ das dritte Gesetz hinzu: Die weiter entfernten Planeten brauchen länger für einen Umlauf, und es gibt eine genaue mathematische Regel, die Zeit und Entfernung verbindet.

Ein schwieriges Leben

Keplers Leben war nicht leicht. Er arbeitete immer für Kaiser, die ihn schlecht oder verspätet bezahlten; er verlor seine erste Frau und einige Kinder; und er wurde von den Religionskriegen überrollt, weil er in einem großteils katholischen Land Lutheraner war. Seine Mutter Katharina wurde in einem jahrelangen Prozess der Hexerei beschuldigt, und Kepler musste seine Studien unterbrechen, um sie zu verteidigen: Am Ende wurde sie 1621 freigesprochen. Er schrieb auch eine fantastische Erzählung, das „Somnium“, in dem ein Mann zum Mond reist.

Im Jahr 1627 veröffentlichte er die „Rudolfinischen Tafeln“, die genauesten Planetentafeln, die je gemacht worden waren und seine Gesetze verwendeten. Er starb 1630 in Regensburg auf einer Reise, um ein rückständiges Gehalt einzutreiben.