5. Datenauswertung führt zum heliozentrischen Weltbild - Johannes Kepler

Das heliozentrische Weltbild wird an den meisten Orten als kopernikanisches Weltbild bezeichnet. Nachdem das heliozentrische Weltbild schon im 3. Jhd. v.u.Z. postuliert wurde, gelang die eigentliche Lösungsfindung Johannes Kepler.

Während Kepler wie nahezu alle Menschen damals tief religiös überzeugt war und stark metaphysisch dachte, war es seine hervorragende Anwendung von Mathematik bei gleichzeitiger Erweiterung des Denkrahmens, was den Durchbruch ermöglichte. Gleichzeitig ist sein Werk gefüllt mit Beschreibungen göttlicher Macht und Kräfte. Als Ganzes hält es wissenschaftlichen Kriterien nicht stand.

Übersicht

• Der sichtbare Himmel

• • Ca. 6000 von über 100 Milliarden Sternen sind sichtbar

  • Ein nahezu statischer Sternenhimmel

  • Beobachtbare Planetenbewegungen

  • Die scheinbaren Rückwärtsbewegungen der Planeten

• Die Kugelform der Erde

• Das geozentrische Weltbild und die Epizykel

• Die allmähliche Auflösung des Irrtums

• • Die Idee eines heliozentrischen Weltbildes

  • Das Modell von Nikolaus Kopernikus erweist sich als ungenau

  • Geo-heliozentrische Lösungsansätze

  • Die Lösung durch Johannes Kepler

  • • Wussten Kepler und die zeitgenössischen Forscher, was wahr ist -  schwankend zwischen Berechnungen und göttlichen Vorstellungen

    • Dementsprechend dauerte die Anerkennung an

    • Der wissenschaftlich brauchbare Teil von Keplers Arbeit war seine äusserst anspruchsvolle Datenauswertung, die ein innovatives Umdenken beinhaltete

Wir sehen von Auge mit ca. 6000 Sternen nur einen winzigen Teil der Sterne in unserer Galaxie. In Richtung Milchstrassenzentrum sehen wir "milchiges Licht" - das Leuchten einer grossen Anzahl ferner Sterne.

Helle Sterne können weiter entfernt sein als weniger helle. 

• Der uns nächste Stern ist ca. 4 Lichtjahre entfernt.
• Das ist 1000 Mal näher als der entfernteste von Auge sichtbare Stern, der ca. 4'000 Lichtjahre entfernt liegt.

Sichtbare Sterne in grosser Distanz sind sehr gross und bis zu 100'000 Mal heller als die Sonne. Bei grosser Entfernung erscheinen sie uns als schwach leuchtende, "kleine" Sterne. 

Von der Helligkeit der Sterne lässt sich nicht auf die Distanz schliessen. So ist der hellste Stern am Nachthimmel doppelt soweit weg wie der nächste Stern, doch wir können ihn von Auge nicht von einem tausendfach näher liegenden Planeten unterscheiden. (Daher auch der Name, altgr. πλανήτης planētēs „Wanderer“, in der deutschen Sprache lange als Wandelsterne bezeichnet.)

Scheinbar bewegt sich am Tag die Sonne durch das Firmament, in der Nacht der Mond und die Sterne. Wegen der Erdachsenneigung verändert sich zudem im Verlauf des Jahres der Stand der Himmelskörper. Es entsteht der Eindruck von sehr viel Bewegung.

In Wirklichkeit bewegt sich bemerkbar nahezu rein gar nichts. Von den ca. 6'000 am Nachthimmel sichtbaren Lichtpunkten verschieben sich nur 5, und dies nahezu unmerklich, sowie der Mond.

Die gesamte sichtbare kosmische Struktur ist von der Erde aus betrachtet in höchster Ruhe, nahezu statisch. Die Sonne ist ein Fixstern und die Positionen der Sterne verändern sich auf ihrem Weg um das Zentrum der Milchstrasse nicht bemerkbar. Im Verlauf eines menschlichen Lebens kann ohne Präzisionsgeräte keine Veränderung festgestellt werden.

Zwar sind nicht alle Sterne gleich weit entfernt, doch weil wir deren Distanz nicht sehen können und weil sie sich kaum verschieben, kann man sie auf eine Kugel zeichnen, in deren Zentrum wir uns befinden.

Wenn immer Nacht wäre und sich die Erde nicht um ihre Achse drehen würde, dann sähen wir immer das genau selbe Bild am Himmel, nahezu ohne Bewegung. Nur die Planeten würden sich im Verlauf der Monate langsam verschieben.

Die fünf von Auge sichtbaren Planeten bewegen sich nahezu auf einer Ebene um die Sonne. Die Bahnneigungen sind minimal.

Die Anordnung auf einer Scheibe vereinfacht die Planetenbeobachtung. Von der Erde aus betrachtet bewegen sich die Sonne und die Planeten auf einem sehr schmalen Streifen durch den Hintergrund der Fixsterne.  (Dies gilt wegen seiner Erdnähe und dem geringen Bahnradius auch für Merkur, trotz einer etwas grösseren Bahnneigung.)

Schon 500 v.u.Z. teilten babylonische Astronomen diesen Beobachtungsstreifen zur Orientierung anhand auffallender Sternkonstellationen in 12 Bereiche auf.

 Wenn man den Beobachtungsstreifen auftrennt und auseinanderrollt, ...

... erhält man als schmales Band den Auszug des Fixsternenhimmels, durch welches sich von der Erde aus betrachtet sämtliche Planeten und auch die Sonne bewegen.

Auf diesem Streifen können die täglich oder wöchentlich beobachteten Positionen eingetragen werden. So lassen sich die Planetenbewegungen abbilden.

Einmal pro Erdenjahr bewegt sich die Sonne scheinbar durch diesen Streifen. Real bewegt sich die Erde dabei um die Sonne. 

Wegen der geneigten Erdachse stehen Sonne und Sterne im Verlauf des Jahres unterschiedlich hoch am Himmel. Diese Unterschiede nehmen mit zunehmender Entfernung eines Beobachtungsstandorts vom Äquator zu.

Von der nördlichen Halbkugel aus beobachtet sieht das schmale Band des Sonnen- und Planetenverlaufs deswegen wie folgt aus:

Die Planeten bewegen sich von der Erde aus über Wochen und Monate betrachtet vor den Fixsternen zeitweise rückwärts. Dies wird erkennbar, wenn man die Beobachtungsdaten aufeinanderlegt, wobei die Fixsterne als gleich bleibender Rahmen bzw. Hintergrund dienen.

Diese Rückwärtsbewegung ist eine optische Täuschung. 

Es ist das selbe, wie wenn man in einem Zug sitzend einen anderen Zug überholt. Beide Züge bewegen sich vorwärts, doch während der Überholung scheint sich der überholte Zug rückwärts zu bewegen. Dieser simple Sachverhalt sorgt(e) im kosmischen Raum der Planeten und Sterne für sehr viel Erstaunen und auch Verwirrung.

Unser Bild des Himmels ist zweidimensional. Wir können nicht erkennen, welcher Stern oder Planet wie weit entfernt ist. Einzig die Bewegungen können wir feststellen, und hierbei bewegen sich Planeten scheinbar rückwärts.

Diese optische Täuschung entsteht, wenn die Erde einen äusseren Planeten überholt. 

Wir können nicht sehen, dass sich der Planet viel näher befindet als die Fixsterne. Somit können wir auch nicht erkennen, dass er sich weiterhin vorwärts bewegt, während er von der Erde überholt wird.

Die selbe optische Täuschung entsteht, wenn die Erde von einem inneren Planeten überholt wird.

Die Vorstellung einer flachen Erde findet sich als mythologische Vorstellung in vielen frühen Kulturen. Die Erdoberfläche wird hierbei als flach und oft in Gestalt einer Scheibe gedacht.

Im 6. Jhd. v.u.Z. vermuteten die Pythagoreer die Kugelgestalt der Erde. 

Im 4. Jhd. nannte Aristoteles in seinem Werk Über den Himmel stichhaltige Argumente für die Kugelform: von sich nähernden Schiffen sind am Horizont zuerst nur die Mastspitzen zu sehen und in südlichen Ländern stehen die Sternbilder höher über dem Horizont als im Norden. Zudem beobachtete Aristoteles bei einer Mondfinsternis einen runden Erdschatten.

Eratosthenes errechnete im 3. Jahrhundert v.u.Z. mit einer Genauigkeit von 7,7 % den Erdumfang, indem er die unterschiedliche Zenitdistanz der Sonne in Alexandria und Syene bestimmte. Technisch höherstehende Vermessungen wurden einige Jahrhunderte später von Arabern entwickelt.

Zwar widersprachen im Mittelalter wenige frühe christliche Autoren der Kugelform, doch in Anbetracht der grossen Beachtung des Schaffens von Aristoteles sowie aufgrund einer hohen Anzahl bedeutender mittelalterlicher Quellen war die Kugelform der Erde in Europa seit der Antike unterbruchlos weitgehend anerkannt.

Sehr lange unterlag das vor- und frühwissenschaftliche Deuten der Himmelsbewegungen dem grundlegenden Irrtum, dass Sonne und Planeten die Erde umkreisen und dass die Erde dabei ruht (sowohl örtlich als auch sich nicht um ihre eigene Achse dreht).

Der Irrtum bezüglich des Zentrums des Systems betrifft ca. 150 Millionen Kilometer. Dies ist in kosmischem Massstab keine allzu grosse Distanz.

Vermutlich im 3. Jahrhundert v.u.Z. entstand eine sehr raffinierte Theorie (Epizykeltheorie). Damit konnten die Forscher und Mathematiker der damaligen Zeit die beobachteten Planetenbewegungen relativ präzise berechnen und vorhersagen. Diese Theorie blieb bis ins 17. Jahrhundert vorherrschend.

Die Epizykeltheorie erklärt die Rückwärtsbewegungen dadurch, dass sich die Planeten auf kleinen Kreisbahnen (Epizykel) bewegen. Die Mittelpunkte dieser Epizykel bewegen sich auf großen Kreisbahnen um die Erde.

Claudius Ptolemäus (c.a. 100 - 160) präzisierte diese Theorie. Er verfasste 13 bis heute erhaltene Bücher (Mathematike Syntaxis, „Mathematische Zusammenstellung“). Diese galten bis zum Ende des Mittelalters als Standardwerk. 

Über die Jahrhunderte wurden die Beobachtungen präziser und die Theorie wurde konzeptionell und mathematisch laufend weiter optimiert.

Mit Hilfe der heutigen Mess- und Darstellungstechnik kann die Geometrie dieser gedachten Planetenbewegungen dreidimensional sichtbar gemacht werden.   

Zusätzlich zu dieser sich über mehrere Monate abspielenden Bewegungsform bewegt sich im geozentrischen Modell der gesamte der Fixsternhimmel samt Sonne und Planeten einmal täglich rund um die Erde.

Zeitraffer: die Erde umgeben von Jupiter und Fixsternenhimmel.

• auf der einen Seite die enorme tägliche Bewegung des gesamten Himmels um die Erde,

• auf der anderen Seite die vergleichsweise minimalsten, sich über Monate und Jahre präzise wiederholenden Bewegungen der Epizykel.

Ein heliozentrische Modell findet sich erstmals beim griechischen Astronomen Aristarchos von Samos (310 - 230). Archimedes (287-212) berichtete über ihn: "Seine Thesen sind, dass die Fixsterne und die Sonne unbeweglich sind, dass die Erde sich um die Sonne auf der Umfangslinie eines Kreises bewegt, wobei sich die Sonne in der Mitte dieser Umlaufbahn befindet, und dass die Sphäre der Fixsterne, deren Mitte diese Sonne ist und innerhalb derer sich die Erde bewegt."

Weitere Erwähnung findet das heliozentrische Weltbild beim Griechen Seleukos von Seleukia (2. Jhd. v.u.Z.), aber auch in römischer Zeit (Martianus Capella, 5. Jhd.). 

Der indische Astronom und Mathematiker Aryabhata (476–550) nahm an, dass die Erde sich um ihre eigene Achse dreht, und entdeckte, dass Mond und Planeten das Licht der Sonne reflektieren. Es wird vermutet, dass er ein heliozentrisches Weltbild vertrat, denn in seinem Modell zur Berechnung der Planetenpositionen gab er für Venus und Merkur die Umlaufzeiten um die Sonne an, nicht um die Erde.

Schon in der Antike wurde die Idee eines heliozentrischen Weltbilds als „antireligiös“ eingestuft. So berichtet Plutarch (ca. 45-125): „Kleanthes glaubte, es sei die Pflicht der Griechen, Aristarch von Samos wegen Gottlosigkeit anzuklagen, dafür, dass er den Herd des Universums [die Erde] in Bewegung versetzt habe..."

Die meisten Gelehrten sahen im Modell mit einer rotierenden Erde oder einer um die Sonne kreisenden Erde das Problem, dass Menschen und Gegenstände schräg fallen oder sogar in den Weltraum hinausfliegen sollten. Zudem lieferte die Epizykeltheorie relativ gute Berechnungsergebnisse.

1273 referierte Bonaventura von Bagnoregio (1221-1274) über ein in einem arabischen Text enthaltenes heliozentrisches Weltbild. Ihm folgten in der Diskussion Nikolaus von Oresme (1330 - 1382) und Nikolaus von Kues (1401 - 1464).

In der zweiten Hälfte des 15. Jhd. machte sich Johannes Müller (bekannt als Johannes Regiomontanus, 1436-1476, einflussreichster Astronom und Mathematiker seiner Zeit) Gedanken bezüglich eines heliozentrischen Modells. Sein früher Tod verhinderte eine präzisere Betrachtung und Ausarbeitung. 

1543 veröffentlichte Nikolaus Kopernikus (1473 - 1543) ein heliozentrisches Modell. 

Da sein Modell nicht präzise mit der Realität übereinstimmte, war er weiterhin auf die Verwendung von 34 bis 40 Epizykel angewiesen (eine ähnliche Anzahl wie das derzeitige geozentrische Modell).

Das kopernikanische Modell konnte die Planetenbewegungen nicht präziser vorausberechnen als das geozentrische. Immerhin hatte das Modell eine schlüssige Erklärung, warum sich Venus und Merkur auf dem Beobachtungsstreifen in ständiger Sonnennähe befinden. 

Kopernikus widmete das Buch dem damaligen Papst. 

3 Fragen führten in Anbetracht der Mängel des kopernikanischen Modells zu mehreren zusätzlichen Modellen:

• Rotiert die Erde um sich selber?
• Was kreist um die Erde?
• Was kreist um die Sonne?

Ab 1573 entstanden unter führenden Astronomen diverse geo-heliozentrische Modelle (Reimers, Brahe, Wittich, Röslin, Marius). In diesen drehten sich die Planeten um die Sonne, die Sonne und der Mond drehten sich allerdings weiterhin um die Erde.

Nicolaus Reimers (1551-1600) befürwortete ein geo-heliozentrisches Modell mit Erdrotation.

Tycho Brahe (1546-1601) war der präziseste Himmelsbeobachter und Datenaufzeichner seiner Zeit. Er befürwortete ein geo-heliozentrisches Modell ohne Erdrotation (Tychonisches Weltmodell).

1601 legte Tycho Brahe kurz vor seinem Tod fest,  dass sein Assistent Johannes Kepler (1571-1630) alle seine wissenschaftlichen Unterlagen durchsehen sollte. Kepler tat dies mit grosser Sorgfalt, hoher mathematischer Begabung und mit innovativen Ansätzen.

1609 veröffentlichte Kepler seine ersten beiden grundsätzlichen Erkenntnisse. Mit einem Meisterwerk der Datenanalyse und -auswertung konnte er die Ellipsenform der Planetenbahnen und die Gesetzmässigkeit der Geschwindigkeitsveränderungen der Planeten während deren Sonnenumkreisung schlussfolgern.

Erstes Keplersches Gesetz:

Die Erde bewegt sich nicht auf einer Kreisbahn um die Sonne, sondern auf der Bahn einer Ellipse. 

Damals war die Gravitation noch nicht definiert und die Form der Ellipse mutete seltsam an: warum sollte Gott nicht die Idealform des Kreises gewählt haben?

Zweites Keplersches Gesetz:

Die Verbindungslinie Sonne-Planet überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen

Erst seit Newton und seinem Modell der Gravitation ist die Proportionalität des 2. Keplerschen Gesetzes einfach nachvollziehbar:  

Während sich ein Planet der Sonne nähert, wird die Gravitation grösser und der Planet schneller. Er legt dann zwar in der selben Zeiteinheit eine grössere Distanz zurück, doch gleichzeitig werden wegen der grösseren Nähe zur Sonne die gemessenen Flächen innerhalb der zurückgelegten Distanz kleiner. Entsprechend sind die Flächen pro Zeiteinheit gleich gross.

Mit Keplers Entdeckungen waren die wesentlichen Fehler des kopernikanischen Modells korrigiert. Epizykel wurden überflüssig und das heliozentrische Modell hatte gegenüber dem geozentrischen Modell nun ausschliesslich enorme Vorteile. Die Voraussagen der Planetenstandorte war zwar noch nicht ganz präzise, doch das Modell war ohne nennenswerte Nachteile.

Johannes Kepler kannte die wissenschaftliche Prinzipien nicht, die heute Standard sind. In Anbetracht seiner Vorstellung einer Existenz Gottes und dessen Wirkens versuchte er, astronomische Beobachtungen mit dieser göttlichen Vorstellung in Übereinstimmung zu bringen.

Sein diesbezügliches Hauptwerk Harmonice Mundi, an dem er mindestens 20 Jahre lang gearbeitet hatte, veröffentlichte er 9 Jahre nach der Veröffentlichung seiner ersten beiden Gesetze. Es ist eine schwärmerische Schrift metaphysischen Spekulierens mit himmlischen Geometrien, Symmetrien und Harmonien. Im Sonnensystem meinte Kepler das göttliche Wirken wiederzufinden. Gemäss seiner Vorstellung hatte Gott z.B. bei der Gestaltung des Sonnensystems die selben Gesetzmässigkeiten angewandt, die wir auf der Erde bei der Musik (Tonharmonie) und in der Geometrie (platonische Körper) finden.

In diesem Buch erwies sich einzig ein spätes Kapitel mit einer mathematischen Proportionalität als wissenschaftlich relevant. Kepler war darauf im Anschluss an eine intensive Datenanalyse gestossen. Auch diese Proportionalität deutete Kepler als harmonisches Gesetz, das eine musikalische Harmonie enthüllt, die der Schöpfer im Sonnensystem verewigt: „Ich fühle mich von einer unaussprechlichen Verzückung ergriffen ob des göttlichen Schauspiels der himmlischen Harmonie. Denn wir sehen hier, wie Gott gleich einem menschlichen Baumeister, der Ordnung und Regel gemäß, an die Grundlegung der Welt herangetreten ist.“

Drittes Keplersches Gesetz:

Bei sämtlichen Planeten besteht das selbe Verhältnis zwischen der Umlaufzeit im Quadrat und der grossen Halbachse hoch drei.

Die Tatsache, dass sich Johannes Kepler bei seinem Schaffen undifferenziert zwischen wissenschaftlicher Präzision und metaphysischer Spekulation bewegte, ist ein Erklärungsansatz, warum seine Erkenntnisse nicht unmittelbar übernommen wurden. Kepler war z.B. auch überzeugter Astrologe und veröffentlichte sein diesbezügliches "Wissen". Rückblickend findet sich in Keplers Schriften sowohl viel Zutreffendes wie auch nicht Zutreffendes. Auch den damaligen Forscherkollegen fiel es mutmasslich nicht einfach, das eine vom anderen zu unterscheiden.

Es dauerte unter den Forschern seiner Zeit weitere Jahrzehnte und in der Allgemeinheit sogar Jahrhunderte, bevor Keplers Findungen Anerkennung fanden:

• Galileo Galilei (1564-1641) z.B., ein starker Verfechter des kopernikanischen Modells, hielt noch 32 Jahre nach Keplers Publikation bis an sein Lebensende an der Kreisbahn der Planeten fest, dies obwohl er sich wiederholt mit Johannes Kepler austauschte. Auch hier liegt die Annahme nahe, dass er Keplers Werk als Ganzes nicht ernst nahm und mit seinem eigenen Welt- und/oder Gottesbild innerhalb Keplers Werk selber nicht präzise zwischen Wissenschaft und Spekulation zu unterscheiden wusste.

• Ismael Bouillau (1605-1694) ist ein Beispiel, wie lange es auch angesehenen und bedeutsamen Forschern der folgenden Generation nicht möglich war, die relevanten Keplerschen Findungen zu erkennen oder anzuerkennen. Schon viele Jahre vor Newton hatte er 1645 die Annahme formuliert, dass die Gravitationskraft mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt.
  Aus philosophischer und/oder religiöser Überzeugung war Bouillau weiterhin von der Kreisnatur der Himmelsbewegungen überzeugt. Gleichzeitig anerkannte er die Diskrepanzen im kopernikanischen Modell. Die Idee der elliptischen Laufbahn lehnte Bouillau noch 50 Jahre nach Keplers Veröffentlichung ab, möglicherweise auch noch weitere 35 Jahre bis an sein Lebensende. Er erklärte die Laufbahn der Planeten als auf sich ständig verändernden Kreisen bewegend.

• Isaac Newton (1642-1726) hatte Kenntnis von Keplers Gesetzen. Keplers Harmonices Mundi hatte er zum Zeitpunkt seiner Entdeckungen allerdings selber nicht gelesen. Mutmasslich hat er dieses Werk als insgesamt für nicht lesenswert empfohlen erhalten, denn die damaligen Forscher lasen alles, was von Bedeutung war. 1687 veröffentlichte Newton in Anerkennung der drei Keplerschen Gesetze das Gravitationsgesetz, mit dem eine gegenseitige Bahnbeeinflussung der Planeten berechnet werden konnte. Diese zusätzliche Präzisierung beseitigte letzte mögliche Zweifel (-> Kapitel 7).

• 1757  hob der Papst nach über 140 Jahren den Bann gegen die Werke auf, die das heliozentrische Weltbild vertraten.

• 1822, 279 Jahre nach der Veröffentlichung durch Kopernikus, 213 Jahre nach Keplers grundlegenden Berichtigungen und 135 Jahre nach der unwiderlegbaren Bestätigung durch Newton, entschied auch die Kongregation der Inquisition, dass der Druck und die Publikation von Werken, die die Bewegung von Planeten und Sonne in Übereinstimmung mit der modernen Astronomie darstellten, erlaubt sei. 

Nach Zehntausenden von Jahren des Unwissens und der falschen Deutung sowie nach über 1500 Jahren der mathematischen Ausarbeitung eines irrtümlichen Modells war der Irrtum des geozentrischen Weltbildes gelöst.

Zwar hatte Johannes Kepler von Tycho Brahe hervorragende Beobachtungsdaten übernommen. Doch letztlich waren es nur "Punkte und Zeitpunkte": zweidimensional notierte Bewegungen von sieben sich bewegenden Himmelskörpern (Sonne, fünf damals bekannte Planeten, Mond).

Im heliozentrischen Modell galt es zudem zu berücksichtigen, dass der Ort der Beobachtung - die Erde - selber in ständiger Bewegung ist. Mathematisch bedeutete dies (ausgerüstet mit Feder, Tinte und Papier) einen grosse Erschwerung.

Kepler stellte in jahrelangen erfolglosen Bemühungen fest, dass die Daten weder mit dem helio- noch mit dem geozentrischen System zu erklären waren. So ließ sich die maximale Abweichung der berechneten Position des Mars von der beobachteten Bahn nicht unter acht Bogenminuten (0.13°) drücken. Kepler untersuchte die veränderliche Bahngeschwindigkeit der Planeten genauer und fand heraus, dass sie im Epizykelmodell mit gleichförmigen Kreisbewegungen nicht darstellbar ist.

Den Durchbruch verdankte Kepler einem neuen Leitgedanken: Da die Planeten nicht aufgrund ihrer himmlischen Natur unbeeinflusst und mit gleichförmiger Geschwindigkeit ihre vorbestimmten Kreisbahnen vollziehen, braucht es für die Abweichungen eine ständig wirksame Ursache, die nicht in einem mathematischen bestimmten Ort, sondern nur am 'wahren Ort der Sonne' liegen kann. In Keplers heliozentrischem System ist die Sonne nicht mehr nur der zentralste Körper im Planetensystem, sondern auch der, der als einziger auf alle anderen eine Wirkung ausübt. Obwohl Kepler von dieser „Kraft“ und ihrer Wirkungsweise falsche Vorstellungen hatte, fügte er dem heliozentrischen Weltbild damit ein entscheidendes Element hinzu und bereitete die Entwicklung der späteren Himmelsmechanik vor.

Kepler interpretierte alle Beobachtungsdaten neu in Bezug auf den wahren statt auf den mittleren Standort der Sonne. Insbesondere suchte er nach einer mathematisch genauen Beschreibung der Bewegung des Mars. Schliesslich erkannte er die Notwendigkeit, die berechneten Werte durch eine besser modellierte Erdbahn zu verbessern. Diese musste er zuerst genauer erfassen.

Was Kepler nicht bekannt war, war die Erdbahn. Im geozentrischen Weltbild spielt dies keine Rolle, da die Erde im Zentrum stillsteht. Im heliozentrischen Modell galt es die Erdbahn zu bestimmen.

Das gelang Kepler mithilfe ausgewählter Beobachtungsdaten, bei denen der Mars an derselben Stelle seiner Bahn stand, die Erde aber an verschiedenen. So hielt er quasi den Mars an, um von dort aus die Erdbewegungen auszumessen.

Auf der Grundlage der nun genauer bekannten Erdbahn wertete er die Marsbeobachtungen neu aus und fand, dass eine elliptische Bahn weitaus am besten passt.

Aus den von der Erde aus notierten Beobachtungsdaten (oben) musste Johannes Kepler das unten stehende, für uns Menschen völlig unsichtbare dynamische Bewegungsbild des Sonnensystems ableiten: Ellipsenform der Laufbahnen mit entsprechenden Geschwindigkeitsveränderungen während der Umrundung. 

So bewegen sich die Planeten real, im Zeitraffer, pro Tag ein Bild, im Abspielmodus 10 Bilder pro Sekunde.  Die Erde braucht demnach 36.5 Sekunden für einen Umlauf. Die Bilddatei besteht aus 1200 Bildern und zeigt 3 Jahre und 3 Monate. Jupiter und Saturn bewegen sich kaum merklich.

Dieses für uns normal gewordene bewegte Abbild der Realität hat real noch nie ein menschliches Auge gesehen, und auch keine Kamera einer Raumsonde. Die Distanzen sind zu gross, die inneren Planeten sind zu klein, die Bewegungen sind zu langsam und eine Unterscheidung von Auge zwischen Planeten und Fixsternen im Hintergrund ist nicht möglich.  Saturn als damals äusserster bekannter Planet braucht für eine Umkreisung der Sonne knapp 30 Jahre, Neptun, der inzwischen bekannte äusserste Planet, braucht 164 Jahre. Der 1930 entdeckte Zwergplanet Pluto braucht 248 Jahre.