Modell der Kepler-Bahnen

Ernst Meralla

Ein massereicher Körper (z.B. ein Stern) verzerrt den Raum um sich herum, diese Verzerrung wird von anderen Körpern wahrgenommen, sie bewegen sich zum Zentralkörper. Je nach Anfangsgeschwindigkeit ergibt sich eine Gerade, Ellipse oder eine Hyperbel.

Der dreidimensionale Raum wurde hier auf eine Ebene abgebildet, wodurch die Verzerrung als Trichter erscheint. Wird die Kugel vom markierten Startpunkt losgelassen, ergibt sich eine Bahnform ähnlich einer Ellipse. Die Kugel könnte etwa einen Satelliten darstellen, der sich um die Erde bewegt. Das Modell besteht aus gebranntem Ton.

J. Kepler fragte sich bereits, wie die Erde wohl wissen könne, wo die Sonne ist. Er war überzeugt davon, dass die bewegende Kraftwirkung von der Sonne ausgehen muss. Nach seiner Vorstellung gingen von ihr magnetische  Arme aus, mit denen sie durch ihre Rotation die Planeten antreiben sollte, wie mit einer Art Besen. Bemerkenswerterweise leitete er aus den Umlaufzeiten der Planeten und dieser Idee eine Rotationsgeschwindigkeit der Sonne ab, die ziemlich genau dem tatsächlichen Wert entsprach (etwa 27 Tage).

In der Physik I. Newtons wurde keine vorwärtstreibende Kraft mehr benötigt (die Bewegung der Planeten wird ja nicht behindert), sondern eine Kraft in Richtung Zentrum (Zentripetalkraft). Diese konnte Newton als allgemeine Gravitation beschreiben und machte sie mit seinem berühmten Gesetz berechenbar. Allerdings konnte auch er kein befriedigendes Modell dafür angeben, was diese Kraft überträgt, wie sie durch den Raum wirkt - Keplers Frage blieb letztlich unbeantwortet.

Erst mit der allgemeinen Relativitätstheorie A. Einsteins (1915) wurde die geheimnisvollen Fernwirkung Gravitation erklärbar. Einstein beschrieb die Kraft als Folge einer Krümmung des Raumes durch große Massen (in einer Art "Trichter"), damit entwarf er eine Feldtheorie der Gravitation. So folgt z.B. die Erde nur der Krümmung des Raumes in ihrer Umgebung, welche durch die Sonne verursacht ist - damit braucht sie nicht zu "wissen", wo die Sonne ist, sie "rollt" einfach "bergab". Durch ihre Geschwindigkeit fällt sie aber nicht in die Sonne, sondern andauernd um sie herum.

Einsteins Theorie folgerte die von Kepler erstmals behaupteten Ellipsenbahnen, ergab aber auch weitreichendere Konsequenzen, etwa die Krümmung von Lichtstrahlen in Schwerefeldern oder die langsame Drehung der Planetenellipsen - diese war bereits vorher beim Planeten Merkur beobachtet worden.