Geozentrisches Weltbild

Grundidee und Aufbau

Das geozentrische Weltbild nimmt an, dass die Erde und damit auch der Mensch eine zentrale Position im Universum einnehmen. Die Erde steht still; Mond, Sonne, Planeten und Fixsterne umkreisen sie. Das Modell entspricht dem unmittelbaren Augenschein und war in Europa etwa 2000 Jahre lang vorherrschend. Auch im alten China und in der islamischen Welt wurde es gelehrt. Ob es bereits im alten Mesopotamien vertreten wurde, ist nicht sicher.

Das geozentrische Weltbild ist nicht mit der Vorstellung einer flachen Erde gleichzusetzen. Seit Aristoteles wurde überwiegend eine Kugelform der Erde angenommen.

Im einfachsten System bewegen sich die Himmelskörper auf konzentrisch angeordneten, rotierenden Sphären. Ihre Drehachsen verlaufen durch das Erdzentrum. An der äußersten und schnellsten Sphäre befinden sich die Fixsterne, an der innersten und langsamsten der Mond. Die Fixsterne scheinen sich gemeinsam und gleichförmig um die Erde zu drehen; Mond, Sonne und Planeten bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Sphären wurden teilweise als durchsichtige Hohlkugeln verstanden.

Da die Planeten am Himmel unregelmäßige Bewegungen zeigen, reichten einfache Kreisbahnen nicht aus. Deshalb wurden zusammengesetzte Kreisbahnen, sogenannte Epizykel, eingeführt. Außerdem wurde die Erde teilweise aus dem genauen Mittelpunkt der Planetenbahnen verschoben. Durch Claudius Ptolemäus und seine Nachfolger entstand ein mathematisch detailliertes System mit bis zu 80 Epizykeln.

Entwicklung in der griechischen Antike

Beim homozentrischen System des Eudoxos von Knidos bewegen sich Mond, Sonne und Planeten auf Kreisbahnen, deren Achsen durch das Erdzentrum gehen. Die Erde wird dabei als ruhend oder um ihre eigene Achse rotierend gedacht. Die Kreisbewegungen galten als besonders regelmäßig und daher als ideal.

Apollonios von Perge und Hipparchos verbesserten die Modelle mithilfe von Exzentern und Epizykeln. Ein Exzenter ist eine Bahn, deren Mittelpunkt nicht genau mit dem Erdzentrum zusammenfällt. Ein Epizykel ist ein kleiner Kreis, auf dem sich ein Himmelskörper bewegt, während der Mittelpunkt dieses kleinen Kreises auf einem größeren Kreis, dem Deferenten, umläuft.

Herakleides Pontikos wird ein Modell zugeschrieben, in dem Merkur und Venus die Sonne umkreisen, während die Sonne selbst zusammen mit dem Mond und der Fixsternsphäre die Erde umkreist. Dieses Modell bildet einen Kompromiss zwischen geozentrischem und heliozentrischem Weltbild. In der neueren Forschung ist jedoch heftig umstritten, ob Herakleides dieses System tatsächlich lehrte.

Eine wichtige Begründung für das geozentrische Weltbild war die Beobachtung, dass die Erde als ruhend empfunden wird. Außerdem erklärte die aristotelische Physik die Schwerkraft damit, dass alles Schwere zu seinem natürlichen Ort strebe. Dieser Ort könne nur der Mittelpunkt der Welt sein. Teilweise nahm man an, Sonne und Planeten bestünden aus einem überirdischen fünften Element, der Quintessenz, deren natürliche Bewegung die Kreisbahn sei. Die aristotelische Physik passte allerdings streng genommen nicht zu den Hilfsannahmen von Exzentern, Epizykeln und Äquanten; am besten harmonierte sie mit dem homozentrischen System.

Das ptolemäische Modell und rückläufige Bewegungen

Das ptolemäische Weltbild ist eine besonders ausgearbeitete Form des geozentrischen Weltbildes. Es geht von der aristotelischen Annahme aus, dass sich Himmelskörper mit konstanter Geschwindigkeit auf Kreisbahnen bewegen. Claudius Ptolemäus (ca. 100–160 n. Chr.) entwickelte es. Sein Werk Mathematices syntaxeos biblia XIII prägte das geozentrische Weltbild im europäischen Raum für fast 1500 Jahre.

Die größte Schwierigkeit waren die beobachteten Unregelmäßigkeiten gegenüber dem Sternenhintergrund. Merkur und Venus überholen die Sonne periodisch und fallen danach wieder zurück. Bei den äußeren Planeten Mars, Jupiter und Saturn treten rückläufige Bewegungen auf, wenn sie der Sonne gegenüberstehen. Aus der Perspektive der Erde entsteht dadurch scheinbar eine Schleifenbahn. Diese rückläufige Bewegung wird auch als retrograde Bewegung bezeichnet.

Zur Erklärung nahm man eine Überlagerung mehrerer Kreisbewegungen an: Der Planet bewegt sich auf einem kleinen Kreis, dem Epizykel. Dessen Mittelpunkt läuft auf einem größeren Kreis, dem Deferenten, um. Für eine bessere Übereinstimmung mit den Beobachtungen ergänzte Ptolemäus den Exzenter und den Äquanten. Die Erde steht im Exzenter, also nicht im Mittelpunkt des Deferenten. Vom Äquanten aus erscheint die Bewegung auf dem Deferenten gleichförmig. Exzenter und Äquanten liegen in gleichem Abstand vom Mittelpunkt des Deferenten.

Teilweise wurden weitere Epizykel auf bereits vorhandene Kreise gesetzt. Dadurch wurden die Berechnungen sehr kompliziert. Mit insgesamt etwa 80 Bahnen konnte Ptolemäus die damals möglichen Beobachtungen der Planetenbewegungen erklären. Bei optimaler Wahl der Parameter hätte allerdings bereits ein System mit nur neun Epizykeln eine vergleichbare Genauigkeit erreicht.

Religiöse Einordnung und Ablösung

Das geozentrische Weltbild lag nahe an der Alltagserfahrung und widersprach der Bibel nicht. Die christlichen Kirchen übernahmen und verteidigten es daher entschieden. Kirchenlehrer wie Basilius der Große knüpften bei der Auslegung des Schöpfungsberichts an antike Vorstellungen an. Im Mittelalter waren die griechischen Originaltexte des Ptolemäus im Westen nicht verfügbar; seine und Aristoteles’ Theorien wurden durch lateinische Kompendien vermittelt. Scholastiker des 13. Jahrhunderts sahen die Erde als absolutes Zentrum, durch das auch die Stellung des Menschen bestimmt wurde. In der höchsten Himmelssphäre wurde das Reich Gottes und der Heiligen, das Empyreum, verortet.

Im Mittelalter und in der beginnenden Renaissance wurde das geozentrische Weltbild zunächst nicht grundsätzlich hinterfragt. Nachhaltige Zweifel entstanden mit Nikolaus Kopernikus. Durch die Arbeiten von Kopernikus und Johannes Kepler wurde das heliozentrische Weltbild überzeugender. Kepler leitete aus der für die damalige Zeit extrem präzisen Vermessung der Marsbahn durch Tycho Brahe die Gesetze der elliptischen Planetenbewegung ab. Das heliozentrische Modell war einfacher und mathematisch leichter zu benutzen. Später konnte es durch Isaac Newtons Gravitationstheorie auch physikalisch erklärt werden. Die Naturgesetze der Erde wurden nun auch für den Kosmos als gültig angesehen.

Giordano Bruno und Galileo Galilei wurden wegen der Befürwortung des heliozentrischen Systems des Kopernikus von der Inquisition wegen Häresie angeklagt.

Vom Sonnenzentrum zum modernen Koordinatensystem

Das Tychonische Weltmodell verband Elemente beider Systeme: Die Sonne war der Punkt, um den alle anderen Planeten kreisten, während Sonne und Mond weiterhin die Erde umkreisten. Dabei wurde der Äquant des ptolemäischen Weltbildes mit der Sonne identifiziert.

Im 17. Jahrhundert erkannte Galileo Galilei, dass die Milchstraße, in der unser Sonnensystem liegt, aus Sternen besteht. Spätestens mit der Entdeckung des Aufbaus und der Rotation der Milchstraße zu Beginn des 20. Jahrhunderts konnte die Sonne nicht mehr als Mittelpunkt des Universums gelten. Die Sonne kreist um den Massenmittelpunkt der Milchstraße, das galaktische Zentrum. Im 18. Jahrhundert entdeckte Nebel erwiesen sich zum großen Teil als eigene Galaxien. Dass die Milchstraße nur eines von vielen rotierenden Systemen ist, geht auf Edwin Hubble in den 1920er Jahren zurück. Nach der modernen Kosmologie und der Einsteinschen Relativitätstheorie von 1905 und 1916 ist kein Punkt im Raum fundamental ausgezeichnet; ein absolutes Zentrum gibt es daher nicht.

Der geozentrische Standpunkt wird heute dennoch als rechentechnische Perspektive verwendet. In der beobachtenden Astronomie bezeichnet ein geozentrisches Koordinatensystem ein auf den Erdmittelpunkt bezogenes System. Topozentrische Beschreibungen beziehen sich dagegen auf den tatsächlichen Standort eines Beobachters auf der Oberfläche eines rotierenden Körpers. Auf- und Untergangszeiten von Sonne und Mond, Teleskopnachführungen und Planetariumssteuerungen werden topozentrisch berechnet.

Moderne Planetentheorien wie VSOP und ELP können geozentrisch, heliozentrisch oder baryzentrisch sowie mit oder ohne relativistische Effekte formuliert werden. Frühere Epizyklen erscheinen dabei als periodische Terme. Für erdnahe Raumfahrt, Satelliten, die Vermessung des Erdschwerefeldes und GPS-Navigation ist ein Modell einer feststehenden Erde zweckmäßig oder notwendig. Je nach Anwendung muss das Geozentrum, also der Erdmittelpunkt, genau lokalisiert werden.

In Umfragen stimmen in westlichen Gesellschaften regelmäßig 20–30 % der Befragten der Aussage zu, dass sich die Sonne um die Erde drehe. Auch Schulbücher stellen die Zusammenhänge mitunter verkürzt, missverständlich oder teilweise falsch dar.