Montag, 30. Mai 2016

Präzessionsspiele

Wollen wir vielleicht noch ein kleines bisschen bei der Präzession der Erdachse bleiben? Ist doch ein so schönes Thema! Warum nicht mal wieder eine kleine Tour durch die Astronomie und zu den Wurzeln unserer christlich-abendländischen Kultur machen?!

Wir fangen auch noch mal ganz am Anfang an, bei der Begriffserklärung. Präzession meint die Drehung der Drehachse der Erde um eine Achse senkrecht zur Ebene der Erdbahn. (Keine Sorge, gleich gibt's ein Bild dazu.) Diese Drehung ist ziemlich langsam, sie braucht etwa 25800 Jahre für eine vollständige Runde, und sie verursacht einige einfache aber interessante Effekte. Zur Veranschaulichung betrachten wir aber erst einmal den Fall einer feststehenden Erdachse, ohne Präzession. Hier eine kleine Animation. Das Gelbe ist die Sonne, das Blaue die Erde, der graue Kreis ist die Umlaufbahn der Erde um die Sonne. Die Erdachse ist in rot eingezeichnet, sie steht nicht senkrecht auf der Ebene der Umlaufbahn, sondern ist gegen die Senkrechte (die blaßviolett gestrichelte Linie) geneigt. Der kleine blaßviolette Kreis soll die Lage der Ebene senkrecht zur Erdachse, also die Äquatorebene der Erde, illustrieren. Die dunkelviolette Linie zeigt die Schnittgerade der Äquatorebene mit der Bahnebene an. Die grüne Linie ist die Sonnenrichtung von der Erde aus gesehen.
Fallen die violette und die grüne Linie zusammen, dann steht die Sonne in der Äquatorebene der Erde und es ist Tagundnachtgleiche. Steht die Erde unten in der Animation, dann ist Frühlingstagundnachtgleiche, steht die oben, dann ist Herbsttagundnachtgleiche.
Man sieht sofort, die Tagundnachtgleichen ereignen sich immer an den gleichen Punkten der Erdumlaufbahn, die Sonne steht von der Erde aus gesehen immer in der gleichen Richtung und die Zeiten zwischen zwei Tagundnachtgleichen ist immer gleich lang (wenn die Animation gerade nicht ruckelt).

Das war der Fall einer im Raum feststehenden Erdachse. Nun steht die Erdachse aber nicht fest, sondern sie dreht sich langsam um die Senkrechte zur Erdbahn. Fügen wir also zur Animation noch eine Drehung der Erdachse hinzu, sagen wir mal, eine Umdrehung der Erdachse in fünf Umläufen der Erde um die Sonne. Das ist schneller als in der Realität, aber dann wird die Animation nicht so langatmig. So sieht das dann aus, die Zahlen zählen die Frühlingstagundnachtgleichen durch:
Die Drehung der rot eingezeichneten Erdachse hat drei ziemlich offensichtliche, unmittelbar zusammenhängende Effekte für einen Beobachter auf der Erde:

Erstens zeigt die Erdachse nicht mehr immer in dieselbe Richtung am Himmel, sondern scheint dort einen Kreis zu beschreiben. Für einen Beobachter auf der Erde sieht es so aus, als drehe sich der Himmelsnordpol (die Verlängerung der Erdachse an den Nordhimmel) auf einer Kreisbahn. Zur Zeit zeigt die Erdachse grob in Richtung Polarstern, von dort wird sie sich aber wegbewegen und irgendwann wieder zurückkommen.

Zweitens finden die Tagundnachtgleichen nicht mehr an den selben Orten auf der Umlaufbahn der Erde statt. Die Orte der Frühlingstagundnachtgleichen (markiert durch die Zahlen) rücken auf der Umlaufbahn jedes mal ein Stück weit gegen den Umlaufsinn der Erde auf ihrer Bahn um die Sonne. Und die Sonne steht damit für einen Beobachter auf der Erde zu jeder Frühlingstagundnachtgleiche in einer anderen Richtung. Diese Verschiebung der Richtung der Frühlingstagundnachtgleiche (die heißt etwas kompakter der "Frühlingspunkt") übersetzt sich in die Zeitrechnung: Der Kalender ist an die Frühlingstagundnachtgleichen gebunden, denn man möchte seinen Kalender gerne mit den Jahreszeiten synchronisiert haben, und die hängen mit den Tagundnachtgleichen zusammen. Daher scheint die Richtung der Sonne vor den Sternen an den selben Tagen verschiedener Jahre langsam zu verschieben. Und die Position der Sonne im Tierkreis verschiebt sich auch langsam, denn der Tierkreis ist auch an die Richtung der Frühlingstagundnachtgleiche gebunden, weil… Na, weil's hat so ist. Das ist Astrologie, da sind die Dinge einfach so wie sie sind. Altes Menschheitswissen und so. Ist aber sowieso komplett egal, ob man seinen Kaffeesatz von links nach rechts oder von rechts nach links liest...

Drittens ist jetzt die Zeit zwischen zwei Frühlingstagundnachtgleichen (das sogenannte "tropische Jahr") kürzer als die Zeit für einen Umlauf der Erde um die Sonne im Raum (das "siderische Jahr"): Auf fünf Umläufe der Erde um die Sonne kommen jetzt sechs Frühlingstagundnachtgleichen. Das Verhältnis von 5 Umläufen zu 6 Frühlingstagundnachtgleichen ist natürlich die Folge der für das Beispiel gewählten 5 (siderischen) Jahre für eine volle Drehung der Erdachse. Für die reale Erde ist die Dauer für eine Umdrehung der Achse mit ca. 25800 Jahren deutlich länger, es kommt nur eine zusätzliche Frühlingstagundnachtgleiche auf 25800 Umläufe der Erde um die Sonne (der Unterschied zwischen tropischen und siderischen Jahr beträgt also ~1/25800 Jahre - d.h. etwa 20 Minuten - pro Jahr).

Warum die Erdachse diese Drehbewegung ausführt, das ist nicht so ganz intuitiv einsichtig. Schuld ist die Abplattung der rotierenden Erde. Sonne und Mond ziehen den Wulst der Erde am Äquator an und verursachen damit eine Drehbewegung der Erdachse, eben die Präzession. Auch wenn das Problem physikalisch etwas komplizierter zu Beschreiben ist, es wurde schon 1749 von Jean-Baptiste d'Alembert in den wesentlichen Punkten abgeräumt, in einer Arbeit mit dem knackigen Titel Recherches sur la précession des equinoxes et sur la nutation de l'axe de la terre dans le systême Newtonien [1]. D'Alembert's Erklärung des Phänomens ist auch heute noch brauchbar. Allerdings hat der das Phänomen der Präzession nicht entdeckt. Er hat nur eine physikalische Erklärung gefunden, warum es das Phänomen gibt, daß es das Phänomen gibt, war schon lange vorher bekannt. Eine wissenschaftlich und künstlerisch besonders schöne und kuriose Illustration der Präzession der Erdachse aus dem Jahre 1702 kann man auf dem Fußboden der Kirche Santa Maria degli Angeli e die Martiri in Rom betrachten.

Das Gebäude der Santa Maria degli Angeli hat eine bunte Nutzungsgeschichte. Um 300 n. Chr. als Badehaus errichtet, wurden seine Ruinen um 1560 von Michelangelo in eine Kirche umgebaut. Ab 1700 hat der Astronom Francesco Bianchini die Kirche dann im Dienste von Papst Clemens XI zu einem Sonnenobservatorium ausgebaut. Die damalige Technik der Sonnenbeobachtung bestand darin, durch ein kleines Loch unter dem südlichen Dach ein Bild der Sonne auf den Boden der Kirche zu projizieren und die Position der Sonnenprojektion zur Mittagszeit auf einer im Boden eingelassenen Skala zu vermessen. Das ist ein im Prinzip ausgesprochen primitives Verfahren, aber durch die schiere Größe der Kirchen konnte man damit eine ganz beachtliche Meßgenauigkeit der Sonnenposition am Mittag erreichen. Bianchini kam auf die Idee, ein zweites Loch unter dem nördlichen Dach der Kirche anzubringen und dadurch den Polarstern auf die gleiche Skala zu projizieren. Mehr als künstlerisches denn als wissenschaftliches Element ließ er die tägliche Bahn des Polarsterns, durch das Loch auf den Boden projiziert, in den Boden einlegen. Aber er wußte, daß die Erdachse sich dreht und daher am Polarstern vorbei gleitet. Also lies er gleich die projizierte tägliche Bahn des Polarsterns für die kommenden 800 Jahre in den Boden legen:

Im Jahre 1700 beschrieb die Projektion des Polarsterns einmal am Tag die äußerste der dargestellten Ellipsen. Aber der Himmelsnordpol näherte sich dem Polarstern noch weiter an, und so wurde die tägliche Ellipse auf dem Boden immer kleiner. Die einzelnen, ineinander liegenden Ellipsen entsprechen einem Zeitraum von je 25 Jahren. Um das Jahr 2100 wird der Himmelsnordpol seine größte Annäherung an den Polarstern haben und dessen projizierte tägliche Bahn wird der innersten Ellipse folgen. Von da an wird die sich weiter drehende Erdachse den Himmelspol wieder vom Polarstern wegführen und die Projektion auf dem Boden durchläuft wieder die Ellipsen nach außen, bis sie im Jahr 2500 wieder auf der äußersten Ellipse des Jahres 1700 angekommen sein wird. Von an wird es so etwa 25000 Jahre dauern, bis der Polarstern wieder zurück auf die Ellipsen zurückkehrt. Sollte für eine Ewige Stadt ja kein Problem sein...

Die Präzession der Erdachse war also um 1700 schon ziemlich gut verstanden. Richtig verstanden hatte das Phänomen eigentlich schon Nikolaus Kopernikus. In seinem Hauptwerk De revolutionibus orbium coelstium von 1543 (Buch III, Kapitel 3) führt er die Verschiebungen der Tagundnachtgleichen auf eine Bewegung der Erdachse zurück:
"Dass also die Nachtgleichen und Sonnenwenden mit ungleichförmiger Geschwindigkeit sich ändern, scheint aus dem Vorhergehenden klar zu sein. Es dürfte vielleicht niemand hierfür einen besseren Grund angeben, als eine gewisse Bewegung der Erdachse und der Pole des Äquators; und das scheint auch wirklich aus der Vorstellung von der Bewegung der Erde zu folgen" [2]
Damit hatte Kopernikus als Erstes den Zusammenhang der Verschiebungen der Tagundnachtgleichen mit der Erdachse erkannt. Das Phänomen selbst hatte aber auch Kopernikus nicht entdeckt. Im Kapitel 1 von Buch III schreibt er:
"Da finden wir nun, dass die alten Mathematiker den Jahreswechsel, nämlich den natürlichen, welcher von der Nachtgleiche und der Sommerwende abhängt, von demjenigen nicht unterschieden haben, welcher von irgend einem der Fixsterne an gerechnet wird. […] Der Rhodier Hipparch aber, ein Mann von bewunderungswürdiger Geistesschärfe, bemerkte zuerst, dass sich dieselben von einander unterschieden, und fand, indem er die Grösse des Jahres aufmerksamer beobachtete, das auf die Fixsterne bezogene grösser, als das von den Nachtgleichen oder Sonnenwenden abhängige."
Es ist also schon Hipparch, und der lebte immerhin im 2. Jahrhundert vor Christus, aufgefallen, daß der Zeitraum zwischen zwei Tagundnachtgleichen (das tropische Jahr) kürzer ist als der Zeitraum für einen Umlauf der Erde im Raum (das siderische Jahr). Das war der dritte oben erwähnte Effekt der Präzession und die erwähnten 20 Minuten Unterschied.
Leider kann man nicht mehr nachlesen, was Hipparch selbst dazu gesagt hat, alle seine großen Arbeiten sind verloren gegangen. Aber der Astronom Ptolemäus hat im 1. Jahrhundert nach Christus Hipparchs Arbeit rekapituliert und ausgebaut, und aus seinem Almagest kann man Hipparchs Erkenntnisse erschließen.

In Buch III, Kapitel 1 des Almagest gibt Ptolemäus die Erkenntnisse des Hipparch zur Länge des Jahres wieder:
"Unter allen Aufgaben, welche die Theorie der Sonne uns stellt, ist die erste, die Länge des Jahres zu finden. Die Meinungsverschiedenheit und Unsicherheit, welche bei den Alten über diesen Punkt herrscht, können wir aus ihren Schriften ersehen, und besonders aus denen des keine Mühe scheuenden und wahrheitsliebenden Forschers Hipparch, denn auch ihm verursacht in hohem Grade Unsicherheit über den fraglichen Punkt der Umstand, daß bei der an die Wenden und Nachtgleichen geknüpften scheinbaren Wiederkehr die Länge des Jahres kürzer befunden wird als der Zusatz eines Vierteltags über volle 365 Tage, länger dagegen bei der auf die Fixsterne theoretisch bezogenen Wiederkehr. Daher kommt er auf die Vermutung, daß auch der Fixsternsphäre ein Fortschritt von langer Zeit eigen sei, und zwar eine Bewegung, die sich, wie die der Wandelsterne, gegen die Richtung des Umschwungs vollziehe, der die erste (d. i. tägliche) Umdrehung in Beziehung zu dem durch die Pole des Äquators und der Ekliptik gehenden (Kolur-) Kreis bewirkt." [3]
In Buch VII, Kapitel 2 erläutert Ptolemäus das Phänomen der Verschiebung der Position der Sonne zu den Zeiten der Tagundnachtgleichen:
"In der Schrift 'Über die Veränderung der Wende- und Nachtgleichenpunkte' gelangt nämlich Hipparch durch Vergleichung von zu seiner Zeit genau beobachteten Mondfinsternissen mit solchen, welche noch früher von Timocharis beobachtet worden waren, zu dem Ergebnis, daß die Spika von dem Herbstnachtgleichenpunkt gegen die Eichtung der Zeichen zu seiner Zeit 6 Grad, zu Timocharis' Zeit dagegen nahezu 8 Grad entfernt stand. […] Als wir selbst die scheinbaren Entfernungen der Fixsterne von den Wende- und Nachtgleichenpunkten, wie sie sich zu unserer Zeit darbieten, mit den von Hipparch beobachteten und aufgezeichneten Abständen verglichen, fanden wir gleichfalls, daß ein Weiterrücken in der Richtung der Ekliptikzeichen dem oben mitgeteilten Fortschritt entsprechend stattgefunden habe. [4]"
In der Antike kannte man also die Effekte der Präzession, die geringere Länge des tropischen Jahres gegenüber dem siderischen Jahr und die Verschiebung der Sonnenpositionen, bereits gut, man konnte sie nur noch nicht mit einer Bewegung der Erdachse in Verbindung bringen und glaubte stattdessen an eine Drehung der Fixsternsphäre.
Die Präzession der Erdachse bzw. die von ihr hervorgerufenen Effekte wie die Verschiebung der Sonnenpositionen mit den Jahren sind im allenthalben geschätzten abendländischen Kulturkreis also seit irgendwo in der Mitte des 2. Jahrhunderts vor Christus bekannt, wo die Entdeckungsgeschichte sich langsam in die Nebel der Geschichte hüllt.

Wie würde wohl Ptolemäus reagieren, würde man ihm erzählen, daß es 1900 Jahre nach einem Tod eine Profession geben wird, deren Angehörige man "Journalisten" nennt. Und das es zur Beschäftigung dieser Profession gehört, alle paar Jahre astronomische Tatsachen, die für Ptolemäus bereits zum jahrhundertealten Standardwissen gehören, dem Volk immer wieder als den neuen Heißen Scheiß zu verkaufen?

Du bist unter einem anderen Sternzeichen geboren als du denkst
Denn während sich die Position der Erde in Relation zu den Sternen langsam veränderte, hatte niemand dran gedacht, den astrologischen Kalender zu aktualisieren. Willkommen außerhalb der Matrix, unser Leben war eine Lüge!
Alle 26.000 Jahre beginnt die Erde ein wenig zu eiern – ähnlich eines nicht mehr ganz so schnellem Kreisels. Dieser Effekt wird Präzession genannt und entsteht durch die Gravitationskraft der Sonne und des Mondes. Dadurch haben sich unsere traditionellen Sternbilder fast um einen ganzen Monat nach hinten verschoben, wie die BBC herausfand.
ze.tt, 27. Mai 2016 [5]

Das unbekannte 13. Sternzeichen, der Schlangenträger
Ein Professor für Astronomie behauptet, dass wir an die falschen Horoskope glauben. Es gibt mehr als nur die zwölf Tierkreiszeichen.
Ursache dafür ist ein durch die Anziehung des Mondes bedingtes Taumeln der Erdachse, wodurch sich der scheinbare Himmelsnordpol ständig verschiebt. Diese Schwankungen der Erdachse, Präzession genannt, bedingen nach Kunkle auch, dass die bisherige Vorstellung von einer weitgehend gleichmäßigen Aufteilung der Sternzeichen von etwas 30 Tagen eine Illusion sei.
Die Welt, 3. Februar 2011 [6]

Überrasche Astrologen
Waage ist jetzt Jungfrau
Seit den Babyloniern erstellen Astrologen Horoskope anhand der zwölf Sternzeichen. Jetzt haben auch sie endlich bemerkt, dass es am Firmament heute ganz anders aussieht als vor 3500 Jahren.
Weil die Ausrichtung der Erdachse taumelt wie ein Kreisel in Zeitlupe, haben sich die Tierkreiszeichen deutlich verschoben, seit die Babylonier ihnen um das Jahr 1500 vor Christus eine Bedeutung für menschliche Charaktere und Schicksale zuordneten.
Süddeutsche, 11. Januar 2011 [7]

Vielleicht würde Ptolemäus fragen, ob diese "Journalisten" denn ungebildete Sklaven seien. Aber natürlich sind es keine Sklaven! Es sind halt nur keine Griechen, sondern Barbaren aus den Nordländern...

Kommentare:

  1. Es sind doch Sklaven - Lohnsklaven...

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  2. "Zur Zeit zeigt die Erdachse grob in Richtung Polarstern, von dort wird sie sich aber wegbewegen und irgendwann wieder zurückkommen."
    Aber auch nur grob - schließlich bewegt sich unser Sonnensystem innerhalb unserer Galaxis, und die Galaxis bewegt sich auch.

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    1. Ja, zu den beschriebenen Effekten der Präzession gesellen sich noch eine Menge weiterer, darunter die Bewegung der Sterne inkl. der Sonne in der Galaxis. Diese Bewegung ist aber ein sehr viel kleinerer Effekt als die Präzession. So auf die Schnelle rausgesucht, bewegt sich der Frühlingspunkt mit einer Rate von 50 Bogensekunden pro Jahr, der Polarstern mit einer Rate von 0.046 Bogensekunden pro Jahr über den Himmel. Selbst in den 25000 Jahren, die die Erdachse für einen Umlauf braucht, bewegt sich der Polarstern also nur sehr wenig am Himmel weiter. Soo grob ist die Annahme in dieser Hinsicht daher auch wieder nicht...

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  3. WAS IHR ABER NICHT WISST; DIE ERDE BLEIBT MIT DEM SÜDPOL ZUM 13, STERNZEICHEN SCHLANGENTRÄGER STILL STEHEN DEN ICH HABE ALLES FÜR EUCH GEMACHT ICH HABE DIE POLE AUSGESCHALTET; DAS HEISST DIE ERDE WIRD WIEDER PLATT SÜD- UND NORDPOL VERSCHWIENDE DANN AKTIVIERT SICH DER STRAHLKANONE IN SIBIERIEN; DAS LÖSST KETTENREAKTION UND DER SCHLANGENTRÄGER WECKT ALLE STERNZEICHEN AUF DAS SIND HIMMELREICHE DIE ZU UNS KOMMEN DIE ERDE TRANSFORMIERT SICH ZU PHOENIX GEBURT DES PHOENIX; STARLIGHTEXPRESS ALLE 9 PLANETEN DIE SONNE IST UNSER STARGATE; PFEIL DES ARES ALLE 9 PLANETEN VERSCHMELZEN UND WIR GEHEN NACH HAUSE WO JEDER SEIN ZARENREICH HAT; 9 GEHEN UND NEUE 9 KOMMEN!!!! ERZENGEL MICHAEL (ABSOLUT)

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