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Sternengeschichten 130-249, Folge 146: Kugel oder Scheibe – Welche Form hat die Erde?

Folge 146: Kugel oder Scheibe – Welche Form hat die Erde?

Die Erde ist eine Kugel! Das weiß jeder; nur im Mittelalter waren alle so dumm und dachten, sie wäre eine flache Scheibe und erst Christoph Kolumbus konnte mit seiner Fahrt nach Amerika beweisen, dass sie doch eine Kugel ist.

Oder vielleicht doch nicht? Natürlich IST die Erde ein Kugel. Aber zumindest die Sache mit dem dummen Mittelalter und Christoph Kolumbus ist ein bisschen anders, als es sich viele Menschen vorstellen. Man muss nämlich schon ziemlich weit in der Vergangenheit zurück gehen, um zu einer Zeit zu gelangen in der die Menschen tatsächlich der Meinung waren, wir würden auf einer flachen Scheibe leben.

In der vorgeschichtlichen Zeit war die Vorstellung einer flachen Erde sicherlich weit verbreitet. Sie erschien ja auch logisch: Wenn man die Umgebung betrachtet und von Dingen wie Bergen oder Tälern absieht, dann sieht die Erde ja auch flach aus. Am Himmel kann man Sonne und Mond sehen, die ebenfalls wie flache Scheiben aussehen. Und wenn man keine umfassenden wissenschaftlichen Betrachtungen anstellt, ist die Folgerung, dass die Erde tatsächlich flach ist, nur logisch.

Auch in den antiken Zivilisationen von Ägypten, China oder Mesopotamien wurde die Erde als flach beschrieben. Man stellte sie sich als Scheibe vor, die auf einem großen Ozean schwimmt, der sie auf allen Seiten umgibt. Vor knapp 3000 Jahren hat der griechische Dichter Homer so eine Beschreibung in Form des “Schilds des Achilles” in sein Ilias-Epos eingebaut. Später, als sich in Griechenland die ersten Formen einer wissenschaftlichen Betrachtung der Welt entwickelt haben, änderte sich dann aber auch bald die Vorstellung von der Form der Erde.

Aristoteles gab in seiner Schrift “Über den Himmel” vor knapp 2400 Jahren zum Beispiel mehrere Gründe an, warum die Erde kugelförmig sein musste. Als seefahrende Nation wusste man in Griechenland natürlich, dass bei Schiffen die sich von der Küste entfernen, zuerst der Rumpf hinter dem Horizont verschwindet und dann erst die Segel und der Mast. Wäre die Erde flach, sollte das eigentlich nicht passieren – wenn die Erde aber eine Kugel ist, dann ist dieses Verhalten leicht verständlich. In der griechischen Antike hatte man auch Kontakt mit Gelehrten in anderen Ländern und konnte so verschiedene Beobachtungen vergleichen. Aristoteles stellte fest, dass Sternbilder unterschiedlich hoch am Horizont stehen, je nachdem ob man sich weiter nördlich oder südlich auf der Erde befindet. Auch das macht nur Sinn, wenn die Erde kugelförmig ist. Und wenn man den Schatten betrachtet, den die Erde bei einer Mondfinsternis auf den Mond wirf, dann ist der ebenfalls rund.

All das sind auch aus heutiger Sicht nachvollziehbare und gültige Argumente für eine Kugelform der Erde. Ein wenig später gelang es dann dem Philosophen Eratosthenes in einem heute klassischen Experiment, tatsächlich den Umfang der Erdkugel zu messen. Er wusste, dass an einem bestimmten Tag die Sonne über der Ortschaft Syene im südlichen Ägypten exakt im Zenit, also exakt über dem Kopf eines Beobachters steht. Weiter nördlich, in Alexandria an der Küste, konnte Eratosthenes aber messen, das ein senkrecht auf dem Boden stehender Stab einen Schatten wirft was nur der Fall sein kann, wenn die Sonne nicht senkrecht darüber steht, sondern – wie die Messungen ergaben – unter einem Winkel von 7 Grad einfällt. Eine gedachte Linie die vom Erdmittelpunkt über Syene zur Sonne führt bildet also mit einer gedachten Linie vom Erdmittelpunkt bis nach Alexandria ebenfalls einen Winkel von 7 Grad. Ein voller Kreis hat 360 Grad; der Winkel zwischen Syene und Alexandria ist knapp ein Fünfzigstel davon. Die komplette Länge des Erdumfangs muss daher auch ungefähr der 50fachen Distanz zwischen den beiden Städten entsprechen. Und da Eratosthenes auch den Abstand zwischen Syene und Alexandria kannte, war der Rest einfach. Er kam auf einen Wert von circa 40.000 Kilometer was dem echten Wert von 40.007 Kilometer extrem nahe kommt.

In der griechischen Antike war also nicht nur schon bekannt und akzeptiert, dass die Erde eine Kugel ist; man kannte auch ihre Größe schon ziemlich gut. Natürlich gab es vereinzelt Leute, die anderer Meinung waren. Einige der frühen christlichen Gelehrten hielten die Kugelform der Erde für einen Widerspruch zu den Texten der Bibel und lehnten sie deswegen ab. Andere störten sich an scheinbar physikalischen Absurditäten: Wenn die Erde rund ist, warum fallen die Menschen auf der “Unterseite” nicht von ihr herab? Aus heutiger Sicht mag uns so ein Gedanke seltsam erscheinen aber damals hatte man auch noch kein vernünftiges Konzept für die Wirkung der Gravitationskraft.

Trotzdem waren die Kritiker nicht zahlreich und ihr Einfluss hielt sich in Grenzen. Das war auch im europäischen Mittelalter so. Entgegen der weit verbreiteten Vorstellung war auch damals allen halbwegs gebildeten Leuten bewusst, dass die Erde eine Kugel ist. An eine flache Erde dachte niemand; auch nicht Christoph Kolumbus. Seine Reise über das Meer war auch nicht deswegen umstritten, weil man davon ausging, er würde irgendwann das Ende der Erde erreichen und dann von ihr herunter fallen. Man war sich vor allem uneins darüber, wie groß die Erde war und ob die Bedingungen auf den noch unbekannten Teilen nicht völlig lebensfeindlich wären.

Columbus wollte ja auch nicht nach Amerika, er wollte nach Asien. Anstatt komplett um Afrika herum zu segeln, schlug er vor, um die Erde herum zu fahren und China von der anderen Seite her zu erreichen. Das war zwar ein origineller Plan, aber auch einer, der nicht unbedingt auf dem besten verfügbaren Wissen basierte. Columbus ignorierte die Berechnungen von Eratosthenes und anderer Experten und ging von einer viel kleineren Erde aus. Einer so kleinen Erde, dass eine Fahrt “hinterum” nach China durchaus machbar und effizient gewesen wäre. Aber die Erde war nicht so klein, wie Columbus sich das vorstellte und wenn er nicht zufällig Amerika angetroffen hätte, wäre seine Mission dramatisch gescheitert.

Das Bild der Erde als Kugel war also schon damals eines mit einer langen Tradition – und änderte sich erst dann wieder, als mit Isaac Newton und seiner mathematischen Beschreibung der Gravitationskraft die moderne Wissenschaft im 17. Jahrhundert begann. In der Neuzeit begann die Ära der großflächigen Landvermessung; es wurden immer genauere Landkarten gezeichnet und die Wissenschaft der Geodäsie, also die Beschreibung der Oberfläche und der Form der Erde begann sich ernsthaft zu entwickeln. Im 17. und 18. Jahrhundert vermaßen Wissenschaftler den Erdradius immer genauer und stellten dabei fest, dass unser Planet keine exakte Kugel ist. Die Strecke vom Erdmittelpunkt zum Äquator ist nicht genau so lang wie die Strecke vom Mittelpunkt zu einem der beiden Pole. Die Erde ist nicht kugelförmig, sondern ein sogenanntes Ellipsoid. Das hatte schon Isaac Newton (und mit ihm auch noch andere Wissenschaftler) vorhergesagt. Denn die Erde rotiert um ihre Achse und durch die wirkenden Fliehkräfte sollte sie daher ein wenig abgeplattet sein. Sie ist am Äquator quasi ein wenig dicker – aber um das zu erkennen muss man schon wirklich genau messen. Der Radius der Erde gemessen an den Polen unterscheidet sich nur um 21 Kilometer von dem, den man am Äquator messen kann. Und da die Erde einen mittleren Radius von 6371 Kilometer hat, fällt diese geringe Abweichung kaum auf.

Heute weiß man, dass die Erde weder eine Kugel, noch ein Ellipsoid ist. Ihre wahre Form lässt sich nicht durch einen simplen geometrischen Körper beschreiben. Unser Planet hat jede Menge Dellen und Ausbuchtungen die daher rühren, dass die Masse der Erde nicht gleichmässig verteilt ist. An manchen Stellen existieren im Inneren des Planeten Konzentrationen von Materie, anderswo ist sie ein bisschen weniger dicht. Das verändert die Stärke der an einem bestimmten Ort an der Oberfläche wirkenden Anziehungskraft. Dort wo sie stärker ist, gibt es eine “Delle” in der Form der Erde; wo sie schwächer ist, findet man eine Ausbuchtung. Mittlerweile kann man so etwas gut mit Satelliten aus dem Weltall messen. Denn auch diese künstlichen Himmelskörper werden bei ihrer Bewegung um den Planeten durch seine unregelmäßige Form beeinflusst. Der Satellit rückt ein wenig näher an die Erde heran, wenn er einen Bereich mit erhöhter Schwerkraft überfliegt und entfernt sich, wenn die Anziehungskraft schwächer ist. Der Abstand zum Satelliten kann genau gemessen werden und so erhält man entsprechende Karten, die all die kleinen Unregelmäßigkeiten der Erdform zeigen.

Die Form, die man dabei am Ende erhält, wird “Geoid” genannt. Das bedeutet so viel “erdförmig”. Der aktuelle Stand der Wissenschaft lautet also: Die Erde ist erdförmig!



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Folge 146: Kugel oder Scheibe – Welche Form hat die Erde?

Die Erde ist eine Kugel! Das weiß jeder; nur im Mittelalter waren alle so dumm und dachten, sie wäre eine flache Scheibe und erst Christoph Kolumbus konnte mit seiner Fahrt nach Amerika beweisen, dass sie doch eine Kugel ist.

Oder vielleicht doch nicht? Natürlich IST die Erde ein Kugel. Aber zumindest die Sache mit dem dummen Mittelalter und Christoph Kolumbus ist ein bisschen anders, als es sich viele Menschen vorstellen. Man muss nämlich schon ziemlich weit in der Vergangenheit zurück gehen, um zu einer Zeit zu gelangen in der die Menschen tatsächlich der Meinung waren, wir würden auf einer flachen Scheibe leben.

In der vorgeschichtlichen Zeit war die Vorstellung einer flachen Erde sicherlich weit verbreitet. Sie erschien ja auch logisch: Wenn man die Umgebung betrachtet und von Dingen wie Bergen oder Tälern absieht, dann sieht die Erde ja auch flach aus. Am Himmel kann man Sonne und Mond sehen, die ebenfalls wie flache Scheiben aussehen. Und wenn man keine umfassenden wissenschaftlichen Betrachtungen anstellt, ist die Folgerung, dass die Erde tatsächlich flach ist, nur logisch.

Auch in den antiken Zivilisationen von Ägypten, China oder Mesopotamien wurde die Erde als flach beschrieben. The earth was also described as flat in the ancient civilizations of Egypt, China or Mesopotamia. Man stellte sie sich als Scheibe vor, die auf einem großen Ozean schwimmt, der sie auf allen Seiten umgibt. Vor knapp 3000 Jahren hat der griechische Dichter Homer so eine Beschreibung in Form des “Schilds des Achilles” in sein Ilias-Epos eingebaut. Später, als sich in Griechenland die ersten Formen einer wissenschaftlichen Betrachtung der Welt entwickelt haben, änderte sich dann aber auch bald die Vorstellung von der Form der Erde.

Aristoteles gab in seiner Schrift “Über den Himmel” vor knapp 2400 Jahren zum Beispiel mehrere Gründe an, warum die Erde kugelförmig sein musste. Als seefahrende Nation wusste man in Griechenland natürlich, dass bei Schiffen die sich von der Küste entfernen, zuerst der Rumpf hinter dem Horizont verschwindet und dann erst die Segel und der Mast. Wäre die Erde flach, sollte das eigentlich nicht passieren – wenn die Erde aber eine Kugel ist, dann ist dieses Verhalten leicht verständlich. In der griechischen Antike hatte man auch Kontakt mit Gelehrten in anderen Ländern und konnte so verschiedene Beobachtungen vergleichen. Aristoteles stellte fest, dass Sternbilder unterschiedlich hoch am Horizont stehen, je nachdem ob man sich weiter nördlich oder südlich auf der Erde befindet. Auch das macht nur Sinn, wenn die Erde kugelförmig ist. Und wenn man den Schatten betrachtet, den die Erde bei einer Mondfinsternis auf den Mond wirf, dann ist der ebenfalls rund.

All das sind auch aus heutiger Sicht nachvollziehbare und gültige Argumente für eine Kugelform der Erde. Ein wenig später gelang es dann dem Philosophen Eratosthenes in einem heute klassischen Experiment, tatsächlich den Umfang der Erdkugel zu messen. Er wusste, dass an einem bestimmten Tag die Sonne über der Ortschaft Syene im südlichen Ägypten exakt im Zenit, also exakt über dem Kopf eines Beobachters steht. Weiter nördlich, in Alexandria an der Küste, konnte Eratosthenes aber messen, das ein senkrecht auf dem Boden stehender Stab einen Schatten wirft was nur der Fall sein kann, wenn die Sonne nicht senkrecht darüber steht, sondern – wie die Messungen ergaben – unter einem Winkel von 7 Grad einfällt. Eine gedachte Linie die vom Erdmittelpunkt über Syene zur Sonne führt bildet also mit einer gedachten Linie vom Erdmittelpunkt bis nach Alexandria ebenfalls einen Winkel von 7 Grad. Ein voller Kreis hat 360 Grad; der Winkel zwischen Syene und Alexandria ist knapp ein Fünfzigstel davon. Die komplette Länge des Erdumfangs muss daher auch ungefähr der 50fachen Distanz zwischen den beiden Städten entsprechen. Und da Eratosthenes auch den Abstand zwischen Syene und Alexandria kannte, war der Rest einfach. Er kam auf einen Wert von circa 40.000 Kilometer was dem echten Wert von 40.007 Kilometer extrem nahe kommt.

In der griechischen Antike war also nicht nur schon bekannt und akzeptiert, dass die Erde eine Kugel ist; man kannte auch ihre Größe schon ziemlich gut. Natürlich gab es vereinzelt Leute, die anderer Meinung waren. Einige der frühen christlichen Gelehrten hielten die Kugelform der Erde für einen Widerspruch zu den Texten der Bibel und lehnten sie deswegen ab. Andere störten sich an scheinbar physikalischen Absurditäten: Wenn die Erde rund ist, warum fallen die Menschen auf der “Unterseite” nicht von ihr herab? Aus heutiger Sicht mag uns so ein Gedanke seltsam erscheinen aber damals hatte man auch noch kein vernünftiges Konzept für die Wirkung der Gravitationskraft.

Trotzdem waren die Kritiker nicht zahlreich und ihr Einfluss hielt sich in Grenzen. Das war auch im europäischen Mittelalter so. Entgegen der weit verbreiteten Vorstellung war auch damals allen halbwegs gebildeten Leuten bewusst, dass die Erde eine Kugel ist. An eine flache Erde dachte niemand; auch nicht Christoph Kolumbus. Seine Reise über das Meer war auch nicht deswegen umstritten, weil man davon ausging, er würde irgendwann das Ende der Erde erreichen und dann von ihr herunter fallen. Man war sich vor allem uneins darüber, wie groß die Erde war und ob die Bedingungen auf den noch unbekannten Teilen nicht völlig lebensfeindlich wären.

Columbus wollte ja auch nicht nach Amerika, er wollte nach Asien. Anstatt komplett um Afrika herum zu segeln, schlug er vor, um die Erde herum zu fahren und China von der anderen Seite her zu erreichen. Das war zwar ein origineller Plan, aber auch einer, der nicht unbedingt auf dem besten verfügbaren Wissen basierte. Columbus ignorierte die Berechnungen von Eratosthenes und anderer Experten und ging von einer viel kleineren Erde aus. Einer so kleinen Erde, dass eine Fahrt “hinterum” nach China durchaus machbar und effizient gewesen wäre. Aber die Erde war nicht so klein, wie Columbus sich das vorstellte und wenn er nicht zufällig Amerika angetroffen hätte, wäre seine Mission dramatisch gescheitert.

Das Bild der Erde als Kugel war also schon damals eines mit einer langen Tradition – und änderte sich erst dann wieder, als mit Isaac Newton und seiner mathematischen Beschreibung der Gravitationskraft die moderne Wissenschaft im 17. Jahrhundert begann. In der Neuzeit begann die Ära der großflächigen Landvermessung; es wurden immer genauere Landkarten gezeichnet und die Wissenschaft der Geodäsie, also die Beschreibung der Oberfläche und der Form der Erde begann sich ernsthaft zu entwickeln. Im 17. und 18. Jahrhundert vermaßen Wissenschaftler den Erdradius immer genauer und stellten dabei fest, dass unser Planet keine exakte Kugel ist. Die Strecke vom Erdmittelpunkt zum Äquator ist nicht genau so lang wie die Strecke vom Mittelpunkt zu einem der beiden Pole. Die Erde ist nicht kugelförmig, sondern ein sogenanntes Ellipsoid. Das hatte schon Isaac Newton (und mit ihm auch noch andere Wissenschaftler) vorhergesagt. Denn die Erde rotiert um ihre Achse und durch die wirkenden Fliehkräfte sollte sie daher ein wenig abgeplattet sein. Sie ist am Äquator quasi ein wenig dicker – aber um das zu erkennen muss man schon wirklich genau messen. Der Radius der Erde gemessen an den Polen unterscheidet sich nur um 21 Kilometer von dem, den man am Äquator messen kann. Und da die Erde einen mittleren Radius von 6371 Kilometer hat, fällt diese geringe Abweichung kaum auf.

Heute weiß man, dass die Erde weder eine Kugel, noch ein Ellipsoid ist. Ihre wahre Form lässt sich nicht durch einen simplen geometrischen Körper beschreiben. Unser Planet hat jede Menge Dellen und Ausbuchtungen die daher rühren, dass die Masse der Erde nicht gleichmässig verteilt ist. An manchen Stellen existieren im Inneren des Planeten Konzentrationen von Materie, anderswo ist sie ein bisschen weniger dicht. Das verändert die Stärke der an einem bestimmten Ort an der Oberfläche wirkenden Anziehungskraft. Dort wo sie stärker ist, gibt es eine “Delle” in der Form der Erde; wo sie schwächer ist, findet man eine Ausbuchtung. Mittlerweile kann man so etwas gut mit Satelliten aus dem Weltall messen. Denn auch diese künstlichen Himmelskörper werden bei ihrer Bewegung um den Planeten durch seine unregelmäßige Form beeinflusst. Der Satellit rückt ein wenig näher an die Erde heran, wenn er einen Bereich mit erhöhter Schwerkraft überfliegt und entfernt sich, wenn die Anziehungskraft schwächer ist. Der Abstand zum Satelliten kann genau gemessen werden und so erhält man entsprechende Karten, die all die kleinen Unregelmäßigkeiten der Erdform zeigen.

Die Form, die man dabei am Ende erhält, wird “Geoid” genannt. Das bedeutet so viel “erdförmig”. Der aktuelle Stand der Wissenschaft lautet also: Die Erde ist erdförmig!

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