Die Historien von Herodot (484 v. Chr. bis 425 v. Chr.) bieten einen bemerkenswerten Einblick in die Welt, wie sie den alten Griechen in der Mitte des fünften Jahrhunderts v. Chr. bekannt war. Fast ebenso interessant wie das, was sie wussten, ist jedoch, was sie nicht wussten. Dies bildet die Grundlage für die bemerkenswerten Fortschritte, die sie in den nächsten Jahrhunderten machten, indem sie sich einfach auf das stützten, was sie mit ihren eigenen Augen beobachten konnten.

Herodot behauptete, Afrika sei fast vollständig von Meer umgeben. Woher wusste er das? Er erzählt die Geschichte von phönizischen Seefahrern, die von König Neko II. von Ägypten (etwa 600 v. Chr.) ausgesandt wurden, um das afrikanische Festland im Uhrzeigersinn zu umsegeln, beginnend am Roten Meer. Diese Geschichte, falls sie wahr ist, erzählt die früheste bekannte Umsegelung Afrikas, enthält aber auch einen interessanten Einblick in das astronomische Wissen der antiken Welt.

Die Reise dauerte mehrere Jahre. Nachdem sie die Südspitze Afrikas umrundet und einen westlichen Kurs eingeschlagen hatten, beobachteten die Seeleute, dass sich die Sonne auf ihrer rechten Seite, über dem nördlichen Horizont, befand. Diese Beobachtung machte damals einfach keinen Sinn, denn sie wussten noch nicht, dass die Erde eine Kugelform hat und dass es eine südliche Hemisphäre gibt.

Die Planeten umkreisen die Sonne

Einige Jahrhunderte später gab es bereits große Fortschritte. Aristarchos von Samos (310 v. Chr. bis 230 v. Chr.) vertrat die Ansicht, dass die Sonne das „zentrale Feuer“ des Kosmos sei, und er ordnete alle damals bekannten Planeten in der richtigen Reihenfolge ihrer Entfernung um sie herum an. Dies ist die früheste bekannte heliozentrische Theorie des Sonnensystems.

Unglücklicherweise ist der Originaltext, in dem er dieses Argument vorbringt, der Geschichte verloren gegangen, so dass wir nicht mit Sicherheit wissen, wie er es ausgearbeitet hat. Aristarchus wusste, dass die Sonne viel größer war als die Erde oder der Mond, und er könnte vermutet haben, dass sie deshalb die zentrale Position im Sonnensystem einnehmen sollte.

Es ist dennoch eine verblüffende Erkenntnis, vor allem, wenn man bedenkt, dass sie erst im 16. Jahrhundert von Nikolaus Kopernikus wiederentdeckt wurde, der Aristarchus sogar bei der Entwicklung seines eigenen Werkes anerkannte.

Die Größe des Mondes

Eines der Bücher von Aristarchus, die überlebt haben, handelt von den Größen und Entfernungen von Sonne und Mond. In dieser bemerkenswerten Abhandlung legte Aristarchus die frühesten bekannten Berechnungsversuche über die relativen Größen und Entfernungen zu Sonne und Mond dar.

Seit langem hatte man beobachtet, dass Sonne und Mond am Himmel die gleiche scheinbare Größe hatten, die Sonne aber weiter entfernt war. Das erkannte man an den Sonnenfinsternissen, die dadurch verursacht werden, dass der Mond in einer bestimmten Entfernung von der Erde vor der Sonne vorbeizieht.

Außerdem schlussfolgerte Aristarch, dass Sonne, Erde und Mond in dem Moment, in dem sich der Mond im ersten oder dritten Viertel befindet, ein rechtwinkliges Dreieck bilden würden.

Da Pythagoras einige Jahrhunderte zuvor bestimmt hatte, wie die Seitenlängen des Dreiecks zusammenhängen, nutzte Aristarch das Dreieck, um zu schätzen, dass die Entfernung zur Sonne das 18- bis 20-fache der Entfernung zum Mond beträgt. Er schätzte auch, dass die Größe des Mondes etwa ein Drittel der Größe der Erde betrug, basierend auf der sorgfältigen Beobachtung von Mondfinsternissen.

Während seine geschätzte Entfernung zur Sonne zu niedrig war (das tatsächliche Verhältnis beträgt 390), ist der Wert für das Verhältnis der Größe der Erde zum Mond aufgrund der mangelnden teleskopischen Präzision, die damals zur Verfügung stand, überraschend genau (der Mond hat einen Durchmesser, der 0,27 mal so groß ist wie der der Erde).

Heute kennen wir die Größe und Entfernung des Mondes mit Hilfe verschiedener Mittel genau, darunter präzise Teleskope, Radarbeobachtungen und Laserreflektoren, die von Apollo-Astronauten auf der Oberfläche hinterlassen wurden.

Der Erdumfang

Eratosthenes (276 v. Chr. bis 195 v. Chr.) war Chefbibliothekar der Großen Bibliothek von Alexandria und ein eifriger Experimentator. Zu seinen zahlreichen Errungenschaften gehörte die früheste bekannte Berechnung des Erdumfangs. Pythagoras gilt allgemein als der früheste Befürworter einer kugelförmigen Erde, wenn auch offenbar nicht ihrer Größe. Die berühmte und doch einfache Methode des Eratosthenes beruhte auf der Messung der unterschiedlichen Längen der Schatten, die von senkrecht in den Boden gesteckten Stangen zur Mittagszeit der Sommersonnenwende auf verschiedenen Breitengraden geworfen wurden.

Die Sonne ist so weit entfernt, dass ihre Strahlen, wo immer sie auf die Erde treffen, praktisch parallel verlaufen, wie schon Aristarchus gezeigt hatte. Der Unterschied in den Schatten zeigte also, wie sehr sich die Erdoberfläche krümmte. Eratosthenes nutzte dies, um den Erdumfang auf etwa 40 000 km zu schätzen. Dieser Wert liegt nur wenige Prozent über dem tatsächlichen Wert, wie die moderne Geodäsie (die Wissenschaft von der Form der Erde) festgestellt hat.

Später benutzte ein anderer Wissenschaftler namens Posidonius (135 v. Chr. bis 51 v. Chr.) eine etwas andere Methode und kam zu fast genau der gleichen Antwort. Posidonius lebte die meiste Zeit seines Lebens auf der Insel Rhodos. Dort beobachtete er, dass der helle Stern Canopus sehr nahe am Horizont lag. Als er jedoch in Alexandria in Ägypten lebte, stellte er fest, dass Canopus etwa 7,5 Grad über dem Horizont aufstieg.

Da 7,5 Grad 1/48 eines Kreises sind, multiplizierte er die Entfernung von Rhodos nach Alexandria mit 48 und kam so auf einen Wert von ebenfalls etwa 40.000 km.

Die erste astronomische Rechenmaschine

Die älteste erhaltene mechanische Rechenmaschine der Welt ist der Antikythera-Mechanismus. Das erstaunliche Gerät wurde im Jahr 1900 in einem antiken Schiffswrack vor der griechischen Insel Antikythera entdeckt.

Das Gerät ist heute durch den Lauf der Zeit zersplittert, aber als es noch intakt war, sah es aus wie ein Kasten, in dem Dutzende von fein bearbeiteten Bronzezahnrädern untergebracht waren. Wenn die Zahnräder mit Hilfe eines Griffs manuell gedreht wurden, überspannten sie Zifferblätter an der Außenseite, die die Mondphasen, den Zeitpunkt von Mondfinsternissen und die Positionen der fünf damals bekannten Planeten (Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn) zu verschiedenen Zeiten des Jahres anzeigten. Dies erklärte sogar ihre rückläufige Bewegung – eine illusorische Veränderung in der Bewegung der Planeten am Himmel.

Wir wissen nicht, wer sie gebaut hat, aber sie stammt aus der Zeit zwischen dem 3. und 1. Jahrhundert v. Chr. und könnte sogar von Archimedes stammen. Eine so ausgefeilte Getriebetechnik wie der Mechanismus von Antikythera wurde tausend Jahre lang nicht mehr gesehen.

Leider sind die meisten dieser Werke für die Geschichte verloren gegangen, und unser wissenschaftliches Erwachen wurde um Jahrtausende verzögert. Als Werkzeug zur Einführung wissenschaftlicher Messungen sind die Techniken des Eratosthenes relativ einfach auszuführen und erfordern keine besondere Ausrüstung, so dass diejenigen, die gerade erst anfangen, sich für die Wissenschaft zu interessieren, durch eigenes Tun und Experimentieren verstehen und schließlich in die Fußstapfen einiger der ersten Wissenschaftler treten können.

Man kann nur spekulieren, wo unsere Zivilisation heute stehen würde, wenn diese antike Wissenschaft unvermindert weitergeführt worden wäre.