IMP am Kepi (© 2022-)
Ahmed el Hedi Baffoun, Klasse 10b
Wer ist Johannes Kepler?
Johannes Kepler, geboren am 27. Dezember 1571 in Weil der Stadt, war nicht nur nur ein Mathematiker und Astronom, sondern auch ein Naturphilosoph. Er verband in einzigartiger
Weise die Welt der Wissenschaft mit der Welt der Philosophie. Die Natur war für ihn ein großes Rätsel. Seiner Meinung nach konnte nur die Sprache der Mathematik vollständig
erforscht und verstanden werden. Für ihn sind die mathematischen Beziehungen die Grundlagen der Natur. Er absolvierte ein Theologiestudium in Tübingen beim Astronomen und
Mathematiker Michael Mästlin. Danach wurde er Mathematiklehrer in Graz. Anschließend wurde er Hofastronom in Prag, wo er auf Tycho Brahe und Jost Bürgi traf. Insgesamt
heiratete Kepler zwei mal. Von seinen 7 Kindern erreichten nur 3 das Erwachsenalter. Interessant ist dabei, dass keiner seiner Kinder irgendetwas mit der Astronomie zu tun
hatte. Sein Sohn Ludwig war Anwalt, sein andere Sohn Sebald war Regierungsbeamter und seine Tochter Susanna war Ehefrau eines Pastors. Am 15 November 1630 starb Johannes
Kepler im Alter von 58 Jahren in Regensburg.
Werke Keplers
Ein bekanntes Werk Keplers ist das Buch "De Stella Nova". Darin sind seine Beobachtungen zu der Supernova 1604 enthalten. Das Auftauchen dieses "neuen" Sterns führte zu
heftigen Diskussionen seiner Zeit. Die Dioptrice war auch ein bedeutendes Werk Keplers. Dies ist nämlich die Grundlage für die Optik in der Wissenschaft. Dadurch konnte die
Kurzsichtigkeit erkärt werden. "Ausversehen" enstand aus seinen Arbeiten das Kepler Fernrohr. Er bekam zudem einen Auftrag eine Pumpe zu erfinden, mit der man Wasser aus
Bergstollen herausheben kann. So entstand die ventillose Zahnradpumpe. Heute ist dies als Ölpumpen in Verbrennungsmotoren wiederzufinden. Es gibt noch einige weitere
Entdeckungen Keplers. Die wichtigsten sind aber die 3 Keplerschen Gesetze.
Wissensstand zu Keplers Zeiten
Zu Keplers Zeiten gab es viele Sonnenuhren, Magnetkompasse und mechanische Uhren, die aber dringend verbessert werden mussten. Gleichzeitig gewann die Topographie und
Kartographie immer mehr an Bedeutung, sodass neue Vermessungsinstrumente entwickelt wurden und man damit bessere Messgenauigkeit der Sterndaten erreichte. Dafür brauchte man
jedoch auch die besten Wissenschaftler. So kam es in Prag zu einer Zusammenarbeit von Johannes Kepler, Jost Bürgi und Tycho Brahe. Jost Bürgi war ein Uhrmacher mit innovativen
Konstruktionen. Seine präzisen Himmelsgloben und Sternkarten, sowie seine verlässlichen und genauen Sternbeobachtungen brachten Kepler sehr weit. Tycho Brahe hatte eine sehr
genaue Datenreihe über die gemessenen Positionen der Planete am Fixsternhimmel. Kepler leitet aus diesen Messdaten mühsam die 3 Keplerschen Gesetze.
Die Keplerschen Gesetze
4.1 Das 1. Keplersche Gesetz
Das 1. Keplersche Gesetz entstand 1609 und wird auch Ellipsensatz genannt. Es besagt: Alle Planeten bewegen sich auf elliptischer Bahn. Das Schwerezentrum, welches für die
elliptische Bahn verantwortlich ist, liegt immer in einem der Brennpunkte. Mit dem Schwerezentrum ist in unserem Sonnensystem die Sonne gemeint. Sie "zwingt" sozusagen alle
Planete auf ihre Bahn. Die Planeten sind also manchmal näher an der Sonne und manchmal weiter entfernt.
4.2 Das 2. Keplersche Gesetz
Das 2. Keplersche Gesetz entstand 1602 und wird auch Flächensatz genannt. Es besagt: Ein Planet umschießt in der selben Zeit immer die gleiche Fläche. Das bedeutet, dass das
erhältnis A/t eine Konstante ergibt. Jedoch muss die Geschwindigkeit sich ändern. Die Erklärung dafür lautet einfach: Wenn ein Planet nah an der Sonne ist, dann bewegt er sich
schneller. Wenn sich der Planet weiter von der Sonne entfernt, dann bewegt er sich langsamer. Dies ist auch die Erklärung wieso bei uns in Deutschland der Sommer länger
andauert. Wenn die Erde nah an der Sonne ist, ist bei uns Winter. Wenn sie weiter entfernt ist, dann ist auf der Nordhalbkugel Sommer. Da wie schon gesagt die Geschwindigkeit
nicht gleich ist, dauert der Sommer ca. 9 Tage länger als der Winter (auf der Nordhalbkugel).
4.3 Das 3. Keplersche Gesetz
Das 3. Keplersche Gesetz entstand 1618. Die Formel dieses Gesetzes lautet: (T²/a³) = konstant. Dabei ist T die Unmlaufdauer, also die Zeit, die ein Planet braucht, um einmal
seine Umlaufbahn zu durchlaufen. a ist die große Halbachse. Um dieses Gesetz herzuleiten, muss man wissen, dass die Gravitationkraft gleich der Zentrifugalkraft ist. Dies ist
wichtig, da es die Bedingung dafür ist, dass die Planeten sich auf einer stabilen Umlaufbahn bewegen. Das Schwerezentrum in unserem Sonnensystem ist dabei immer die Sonne.
Aus dem dritten Gesetz entnimmt man, dass je weiter ein Planet vom Ellipsenmittelpunkt entfernt ist, desto länger braucht er für eine vollständige Umdrehung.
Revolutionär?
Durch die Keplerschen Gesetze gab es eine grundliegende Verschiebung im Verständnis des Universums: Weg von der Vorstellung die Himmelskörper bewegen sich in einem perfekten
Kreis, hin zur Akzeptanz der Auffassung von elliptischen Bahnen. Außerdem ist es das Fundament für die Entwicklung der Himmelsmechanik. Nun kann man die Bewegung von Planeten,
Monden, Kometen und Asteroiden präzise modellieren und vorhersagen. Es gilt also für alle Bewegungen von Himmelskörpern um ein Schwerezentrum. Zudem sind die Keplerschen Gesetze die Voraussetzung für eine quantitative Naturbeschreibung, auf der Isaac Newton seine klassische Physik begründet: Die newtonschen Gesetze.
Die Keplerschen Gesetze sind sehr wichtig für die Wissenschaft des Universums. Sie bringen uns einen Schritt weiter, un das Universum besser zu verstehen. Darüber hinaus wird durch diese Gesetze deutlich, wie sich alle Himmelskörper bewegen. Dadurch können wir z.B. genau ermitteln, wann ein Asteroid auf die Erde trifft.
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