Johannes Kepler

deutscher Naturphilosoph, Mathematiker, Astronom, Astrologe, Optiker und evangelischer Theologe

geboren: 27. Dezember 1571^jul in Weil der Stadt
gestorben: 15. November 1630^greg in Regensburg

1575 überstand er eine Pockenerkrankung, die jedoch bleibend sein Sehvermögen beeinträchtigte.
Kepler besuchte ab 1584 die Klosterschule in Adelberg, von 1586 an nach bestandenem Landexamen die höhere evangelische Klosterschule (Gymnasium) im ehemaligen Kloster Maulbronn.
Nach dem Erwerb eines Stipendiums begann er trotz bescheidener familiärer Verhältnisse 1589 ein Theologiestudium am Evangelischen Stift in Tübingen. Am 11. August 1591 wurde er Magister.

1594 nahm er jedoch im Alter von 23 Jahren einen Lehrauftrag für Mathematik an der evangelischen Stiftsschule in Graz an. In Graz begann Kepler mit der Ausarbeitung einer kosmologischen Theorie, die sich auf das kopernikanische Weltbild stützte. Ende 1596 veröffentlichte er sie als Mysterium Cosmographicum.
In den 1590er Jahren schrieb Kepler Briefe an Galileo Galilei, der ihm allerdings nur einmal ausführlich antwortete. Im Dezember 1599 lud Tycho Brahe Kepler ein, mit ihm in Prag zu arbeiten. Durch die Gegenreformation gezwungen, Graz zu verlassen, traf Kepler 1600 mit Brahe zusammen.

1600 nahm Kepler eine Stellung als Assistent von Tycho Brahe an. Brahe war ein exzellenter Beobachter, seine mathematischen Fähigkeiten waren jedoch begrenzt. Der hervorragende Mathematiker Kepler hingegen konnte wegen seiner Fehlsichtigkeit kaum präzise Beobachtungen durchführen. Brahe fürchtete allerdings, mit seinem umfangreichen Lebenswerk, den Aufzeichnungen astronomischer Beobachtungen der Planetenbahnen und Hunderter Sterne, allein Keplers Ruhm zu begründen. Hinzu kam, dass Brahe die astronomischen Ansichten von Kepler (und Kopernikus) nur ansatzweise teilte.

Nach Brahes Tod im Jahre 1601 wurde Kepler kaiserlicher Hofmathematiker. Diesen Posten hatte er während der Herrschaft der drei habsburgischen Kaiser Rudolf II., Matthias I. und Ferdinand II. inne. Als kaiserlicher Hofmathematiker übernahm Kepler die Zuständigkeit für die kaiserlichen Horoskope und den Auftrag, die Rudolfinischen Tafeln zu erstellen.
1611 veröffentlichte Kepler eine Monografie über die Entstehung der Schneeflocke, das erste bekannte Werk zu diesem Thema. Er vermutete richtig, dass ihre hexagonale Gestalt von der Kälte herrührt, konnte sie aber noch nicht physikalisch begründen. 1611 veröffentlichte Kepler außerdem eine Schrift zur Dioptrik und zum später so genannten keplerschen Fernrohr.

Indem er mit Brahes umfangreicher Sammlung von sehr genauen Beobachtungsdaten arbeitete, wollte Kepler seine früheren Theorien verbessern, musste sie aber angesichts der Messdaten verwerfen. Er begann daraufhin, ein neues astronomisches System zu entwerfen. Ausgehend vom kopernikanischen System bestimmte er erstmals die wirklichen Planetenbahnen, ohne sich von vornherein darauf festzulegen, dass sie eine Kombination von gleichförmig durchlaufenen Kreisbahnen sein müssten. Nach langer Suche identifizierte er die verhältnismäßig exzentrische Marsbahn als Ellipse. Anschließend bestimmte er, wie die Bahngeschwindigkeit des Planeten längs der Bahn variiert. Diese Arbeiten vollendete er 1606 und veröffentlichte sie 1609 als Astronomia nova. Das Buch enthielt das erste und zweite Keplersche Gesetz.

Um den wachsenden religiösen und politischen Spannungen zu entfliehen, suchte Kepler nach einer neuen Anstellung. Eine Bewerbung als Professor an der Universität Tübingen wurde im April abgelehnt. Im Juni war Keplers Bewerbung in Linz erfolgreich, wo ihm der Posten eines oberösterreichischen Provinzmathematikers (Landvermessers) zugesagt wurde.
Rudolf II. starb im Januar 1612. Kepler zog im April nach Linz um und trat die Stelle als Mathematiker in Linz an, die er bis 1626 behielt.

In Linz häuften sich die Probleme. Kepler hatte Schwierigkeiten, seine Geldforderungen einzutreiben. Seine Bibliothek wurde zeitweise beschlagnahmt, seine Kinder zur Teilnahme an der katholischen Messe gezwungen. Seine Lehre wurde von protestantischer Seite immer stärker geächtet.
Die Familie flüchtete nach Ulm. Eine Professur in Rostock kam nicht zustande.

Kepler und Wallenstein (1627 bis 1630)

Im Jahr 1627 fand Kepler im kaiserlichen General Albrecht von Wallenstein einen neuen Förderer. Dieser erwartete von Kepler zuverlässige Horoskope und stellte im Gegenzug in Sagan (Schlesien) eine Druckerei zur Verfügung. Als Wallenstein jedoch im August 1630 auf dem Reichstag in Regensburg seine Funktion als Oberbefehlshaber verlor, reiste Kepler nach Regensburg, um dort am Reichstag ausstehende Gehaltsforderungen in Höhe von 12.000 Gulden einzufordern, was ihm aber nicht gelang.
Nach nur kurzem Aufenthalt in Regensburg wurde Kepler schwer krank und starb am 15. November 1630 im Alter von 58 Jahren. Sein Sterbehaus wurde 1961 saniert und ist heute ein Museum (Kepler Gedächtnishaus).

Werk

Kepler lebte zu einer Zeit, in der zwischen Astronomie und Astrologie noch nicht eindeutig unterschieden wurde. Jedoch gab es eine strikte Trennung zwischen Astronomie bzw. Astrologie, einem Zweig der Mathematik innerhalb der freien Künste, einerseits und der Physik, einem Teil der Philosophie, andererseits. Er brachte auch religiöse Argumente in sein Werk ein, sodass die Basis vieler seiner wichtigsten Beiträge im Kern theologisch ist. In seiner Zeit tobte der Dreißigjährige Krieg zwischen katholischen und protestantischen Parteien. Da Kepler mit keiner der beiden Seiten übereinstimmte und sowohl Protestanten als auch Katholiken zu seinen Freunden zählte, musste er mit seiner Familie mehrmals vor Verfolgung fliehen. Kepler war ein tief gläubiger Mensch; so schrieb er: Ich glaube, dass die Ursachen für die meisten Dinge in der Welt aus der Liebe Gottes zu den Menschen hergeleitet werden können.

Kepler ging von dem Gedanken ab, das kopernikanische System sei lediglich ein (hypothetisches) Modell zur einfacheren Berechnung der Planetenpositionen. Das heliozentrische Weltbild als eine physikalische Tatsache zu sehen, stieß nicht nur bei der katholischen Kirche, sondern auch bei Keplers protestantischen Vorgesetzten auf erbitterten Widerstand. Denn bei beiden Konfessionen galten die Lehren von Aristoteles und Ptolemäus als unantastbar.

Astronomia Nova

Schleifenartige Bahn des Mars

Kepler erbte von Tycho Brahe eine Fülle von sehr genauen Datenreihen über die gemessenen Positionen der Planeten am Fixsternhimmel. Wie das nebenstehende Bild beispielhaft zeigt, bewegen sich die Planeten gegenüber dem Fixsternhimmel nicht nur mit variierender Geschwindigkeit und Höhe über dem Horizont, sondern zeitweise auch rückläufig in einer Art Schleife. Das liegt nach dem heliozentrischen Weltbild zum Teil daran, dass die Erde, von der die Bewegungen der Planeten aus beobachtet werden, selbst die Sonne umkreist, und zum Teil an der jeweils speziellen Bahnbewegung jedes Planeten.

Im Gegensatz zu Brahe glaubte Kepler an ein heliozentrisches System wie von Kopernikus vorgeschlagen. Er machte aber insofern einen entscheidenden weiterführenden Schritt, als er den Bezugspunkt der Planetenbewegung in der Sonne selbst sah anstatt in einer fiktiven mittleren Sonne, wie sie bisher angenommen werden musste, um die seit dem Altertum vorherrschende Erklärung durch gleichförmig durchlaufene Kreisbahnen durchführen zu können. Dies war auch motiviert durch das Werk des englischen Arztes William Gilbert De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure („Über den Magneten, Magnetische Körper und den großen Magneten Erde“), das 1600 erschienen war. Auf diese Weise gelangte er zu der Auffassung, die Sonne übe eine in die Ferne wirkende Kraft aus, die mit wachsender Entfernung abnehme und die Planeten auf ihren Umlaufbahnen halte, die Anima motrix. Dies war zu Keplers Zeit ebenso spekulativ wie seine andere Vermutung, dass zwischen den Radien der Planetenbahnen und denen der platonischen Körper ein innerer Zusammenhang bestehe.

Zweites Keplersches Gesetz

Ausgehend von diesen Grundsätzen verbrachte Kepler zwanzig Jahre mit sorgfältigen Versuchen und Überprüfungen, um eine mathematische Beschreibung der Planetenbewegungen zu finden, die zu den beobachteten Daten passt. Kepler konzentrierte sich zunächst darauf, die Marsbahn zu verstehen, und erreichte dies auf einem Umweg. Zuerst ermittelte er eine genauere Beschreibung der Erdbahn, indem er aus Tychos Beobachtungen diejenigen Tage auswählte, an denen der Mars von der Sonne aus stets am gleichen Punkt seiner Bahn stand, die Erde aber an verschiedenen. Dabei kam er ohne genaue Kenntnis der wirklichen Abstände der Planeten voneinander und von der Sonne aus, weil seine geometrische Analyse nur deren Verhältnisse benötigte. So gewann er, ohne die genaue Umlaufbahn des Mars zu kennen, eine hinreichend genaue Beschreibung der ganzen Erdbahn. Diese nutzte er zur Auswertung aller weiteren Beobachtungsdaten des Mars und konnte daraus dessen Bahn und Laufzeiten bestimmen. So fand er nach etwa zehn Jahren die ersten beiden der drei später nach ihm benannten Planetengesetze: Die Planetenbahn ist eine Ellipse mit der Sonne in einem Brennpunkt, und die Geschwindigkeit des Planeten variiert entlang seiner Bahn so, dass eine von der Sonne zu einem Planeten gezogene Strecke in gleichen Zeiträumen gleiche Flächen überstreicht.
Diese beiden Gesetze veröffentlichte er im 1609 erschienenen Werk Astronomia Nova (Neue Astronomie) bei Gotthard Vögelin in Frankfurt am Main.

Dioptrice

Eine der bedeutendsten Arbeiten Keplers war seine Dioptrice. Mit diesem 1611 erschienenen Werk legte Kepler die Grundlagen für die Optik als Wissenschaft. Vorausgegangen war seine Schrift Ad Vitellionem Paralipomena, Quibus Astronomiae Pars Optica Traditur („Ergänzungen zu Witelo, in denen der optische Teil der Astronomie fortgeführt wird“, 1604), in der er frühere Vorstellungen über die Ausbreitung und Wirkung von Lichtstrahlen grundlegend änderte. Nicht vom Auge gehe ein Kegel aus, dessen Basis den Betrachtungsgegenstand umfasst, sondern von jedem Punkt des Objektes gehen Strahlen in alle Richtungen – einige davon erreichen durch die Pupille das Augeninnere. Ebenso wie Lichtstrahlen auf dem Weg von den Gestirnen zur Erde durch die Lufthülle abgelenkt werden (atmosphärische Refraktion), werden sie in dem noch dichteren Medium der Augenlinse gebrochen und damit gebündelt. Damit hatte Kepler eine Erklärung für Kurzsichtigkeit und auch für die Wirkung einer Lupe oder Brille gegeben. Die Erfindung des Kepler-Fernrohres erscheint fast als ein Abfallprodukt seiner tiefgreifenden Erkenntnisse zur Brechung des Lichtes und der optischen Abbildung.