Copernicus und Kepler waren sich einig in der Überzeugung, dass die Welt als Ganzes Kugelgestalt habe. Sie wussten auch, dass der Erdkörper in guter Näherung eine Kugel darstellt. Hierfür waren schon im Alter- tum mehrere Anschauungsbeweise bekannt, wie die Kimmtiefe und die runde Gestalt des Erdschattens bei Mondfinsternissen. Trotzdem hatte die Diskussion über die Existenz von Antipoden und die Verteilung von Festland und Meer angedauert, wobei die Naturwissenschaftler gegen- über den Theologen oft einen harten Stand hatten, um entgegen zu wört- lich verstandenen Bibelstellen ihre Überzeugung zu verteidigen, dass die Erde frei im Raume schwebt und dass es auch jenseits der Grenzen der damals bekannten bewohnten Teile der Erde trockenes Land und höchstwahrscheinlich sogar Menschen gibt. Seit Beginn der grossen Ent- deckungsfahrten über die Weltmeere begannen diese Querelen abzuebben. Hinzu kamen Überlegungen, die in ihrem Grunde bereits als physikalisch im modernen Sinne gelten dürfen und deshalb mit einiger Kühnheit als frühe Ausprägungen geophysikalischen Denkens gewürdigt werden können.

Nicolaus Copernicus erklärt in den ersten beiden Leitsätzen seines als "Commentariolus" bekannten Frühwerkes, dass es keinen gemeinsamen Mittelpunkt für alle Himmelskreise oder Sphären gibt und dass der Mit- telpunkt der Erde nur das Zentrum der Schwere und der Mondbahn ist. Dabei ist stillschweigend nahegelegt, dass es in der Welt nicht nur mehrere Sphärenmittelpunkte für die Bewegungen der Himmelskörper, sondern auch entsprechende Schwerezentren gibt, zumal die Erde mit ihrer offenkundigen zentripetalen Gravitation nur ein Planet unter anderen, prinzipiell gleichartigen ist. Allerdings schrieb man der Schwerkraft einzelner Himmelskörper damals nur eine recht begrenzte Reichweite zu.

Zu Beginn des zweiten Kapitels von Buch 1 seines Hauptwerkes "De revo- lutionibus orbium coelestium" stellt Copernicus einen Zusammenhang zwischen Schwerkraft und Kugelgestalt der Erde her. Die Erde stütze sich von allen Seiten her auf ihr Zentrum, dem sie zustrebe. Im drit- ten Kapitel, das bei Ptolemaios keine Entsprechung hat, kommt er dann auf die Verteilung und die Gleichgewichtsverhältnisse von Land und Wasser zu sprechen. Er wendet sich gegen die Meinung gewisser Peri- patetiker, es gäbe zehnmal soviel Wasser wie Erde, weil bei der Um- wandlung der Elemente aus Erde die zehnfache Menge Wasser hervorgehe. Das war eine im Spätmittelalter geläufige Annahme, bei der für uns eigentlich nur interessant ist, dass darin die Spekulation steckt, bei der Erschaffung der Welt müsse eine Art von Gleichmächtigkeit des Substrats geherrscht haben. Copernicus rechnet vor, dass schon ein Volumenverhältnis 1:7 zwischen Land und Wasser das Vorkommen trocke- nen Bodens auf der Erde ausschliessen würde. In diesem Grenzfalle würde die (als Kugel gedachte) Landmasse eben noch den Mittelpunkt der Erd- kugel berühren, sich also auf ihn stützen; andererseits würde sie nicht über das Weltmeer hervorragen, da ihr Durchmesser nur halb so gross wäre wie derjenige der gesamten Erde.

In diesem Zusammenhang lehnt Copernicus auch den Gedanken ab, dass die Landmasse im Weltmeer infolge der in ihr enthaltenen Hohlräume schwimme und im wesentlichen nur einen einzigen Kontinent bilde. Vielmehr ist nach der Auffassung des Copernicus der Anteil des Wassers an der Erd- kugel nur mässig, auch wenn an der Oberfläche vielleicht mehr Wasser in Erscheinung tritt. Das Wasser füllt nur Vertiefungen des Boden- reliefs aus; und das Weltmeer hat überall das gleiche Niveau, da es sich nirgends seitlich an der Küste abstützen kann. Auf jeden Fall fallen Schwerezentrum und Figurenzentrum der Erde zusammen.

Johannes Kepler steht in der Geschichte der neuzeitlichen Astronomie in der Mitte der von Nicolaus Copernicus zu Isaac Newton führenden Entwicklungslinie, die flankiert wird durch Tycho Brahe, William Gilbert und Galileo Galilei. Wie schon für Copernicus ist für ihn die Erde ein Planet unter anderen, aber ausgezeichnet als Heimstatt der betrachtenden Kreatur und Ort der christlichen Heilsgeschichte. Für Copernicus war die Erdbahn um die Sonne der "Grosse Kreis", der - noch heute als Astronomische Einheit in Gebrauch - mit seinem Halbmesser das Grundmass für die Entfernungsverhältnisse im Sonnensystem abgibt. Kepler ging noch weiter: "Um die Proportionen der Weltkörper aufzu- spüren, muss man _... bei der Erde anfangen _... Die Grösse der Erde wurde an die der Sonne angepasst. Denn die Erde war zum Wohnsitz der betrach- tenden Kreatur bestimmt, zu deren Wohl die ganze Welt geschaffen ist." (Par. 92, 95; Keplerfestschrift) (Der Hinweis (Par. 92) bezieht sich auf den 92. Paragraphen der Fest- schrift.)

Auf dem Wege zur Erkenntnis der allgemeinen Gravitation ist Kepler unmittelbar an die Schwelle der von Newton gefundenen Wahrheit ge- langt. Ihm fehlte noch das Verständnis für gleichförmig beschleunigte Bewegungen, das wir Galilei verdanken. Wohl aber sagte er: "Das Zen- trum ist lediglich ein mathematischer Punkt; was kein Körper ist, hat aber nicht die Kraft, Bewegung zu erteilen" (Par. 49>. Dieser Zusam- menhang zwischen Masse und Kraftwirkung liess ihn den realen, mächtigen Sonnenkörper als Brennpunkt der Planetenbahnen finden - anstelle eines zwar sonnennahen, aber doch leeren mathematischen Punktes, wie ihn Copernicus für seine Kreismodelle angenommen hatte, obwohl ihm, wie wir gesehen haben, zumindest bei der Figurentheorie der Himmelskörper der Massenmittelpunkt viel bedeutete.

Inzwischen hatten Gilberts Studien über den Erdmagnetismus gelehrt, dass materiellen Körpern gerichtete und entfernungsabhängige Kräfte innewohnen können. Tycho hatte durch seine Kometenbeobachtungen die Vorstellung der starren Himmelsphären endgültig überwunden, so dass der Weg frei war für (modern ausgedrückt) Korpuskularstrahlungen im planetaren Raum und darüber hinaus. Durch das Auftauchen Neuer Sterne war die Überzeugung von der Unveränderlichkeit des Fixsternhimmels ernsthaft erschüttert. In die Hauptschaffenszeit Keplers fiel dann die Einführung des Fernrohrs, wodurch die beobachtende Himmelskunde in einem Ausmass sprunghaft bereichert wurde, das nur mit den radio- astronomisch und extraterrestrisch gewonnenen Daten unserer Tage ver- glichen werden kann.

Kepler war stets bemüht, seine Forschungsergebnisse in grösstem Zusam- menhang zu sehen und machte sich sogar Gedanken über die Dicke der Fixsternschale (Par. 143). Wesentlich ist für ihn die kausale Betrach- tung: "Die Astronomie ist ein Teil der Physik, welche nach den Ursa- chen der Dinge und Vorgänge in der Natur fragt, zu denen auch die Bewegungen der Himmelskörper gehören" (Par. 2). Als wahre Ursachen der Erscheinungen werden Hypothesen angeboten, für die wahrscheinliche Begründungen vorzulegen sind (Par. 7). Mathematische Harmonie ist dabei mehr als ein formales Kriterium der Folgerichtigkeit von Hypo- thesen. Sie lässt die Absicht des Schöpfers erkennen. "Denn eben die Welt ist das Buch der Natur, worin Gott als Schöpfer sein Wesen und seinen dem Menschen geltenden Willen zu einem Teil in einer unaus- sprechlichen (alogos) Schrift offenbart und abgebildet hat" (Par. 8; s.a. 99, 1o4 f.)

Als Naturforscher ist Kepler prinzipiell Optimist. Die Schöpfung hat - als Gottes Werk - immer recht, aber der Mensch kann sich irren und vermag sich der vollen Wahrheit nur allmählich zu nähern. Darum ist Kepler allen neuen Beobachtungstatsachen gegenüber aufgeschlossen und stets bereit, ihnen seine Hypothesen anzupassen. In atheistischer Form lehrt der Dialektische Materialismus über den naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozess einen ähnlichen asymptotischen Fortschritt; nur ste- hen dort die objektiven Gesetze der Bewegungsarten der Materie an- stelle der göttlichen Schöpfungsordnung. Gläubigkeit begegnet uns in beiden Fällen.

Eng mit der Forderung universaler Harmonie verknüpft ist bei Kepler der Gedanke einer allgemeinen Rangordnung oder auch Verwandtschaft in der Natur, wie sie beispielsweise in der Folge Sonne - Planeten - Satelliten zum Ausdruck kommt: "Die Erde ist kein sehr unedler Körper, sondern zumindest dem Mondkörper gleich, wenn nicht sogar überlegen, da dieser viel rauher ist als der Erdkörper _... Man unterscheidet primäre Planeten, deren Körper um die Sonne laufen, und sekundäre, deren runde Bahnen um einen der primären angeordnet sind, so dass sie sich mit ihm gemeinsam um die Sonne bewegen" (Par. 55, 88). Wir fin- den hier gleich zwei verschiedenartige Argumente für die höhere Ein- stufung der Erde. Solcher Consensus freute Kepler immer.

Für das Verständnis der Naturerscheinungen dienen ihm oft archetypi- sche Überlegungen und Analogiebetrachtungen (Par. 114; 115 u.o.), wobei mathematische Proportionen und Potenzregeln unbekümmert neben biologischen Gleichnissen für anorganische Sachverhalte nützlich er- scheinen. Dadurch ergeben sich Aussagen wie: "Die Erde ist also gewiss das Mass für die Körper sowohl der Sonne und des Mondes, wie auch der Sphären derselben" (Par. 119) und: "Sehr wahrscheinlich hat sich diese andauernde Eigenschaft der ersten Rotation in der Erde zu einer kör- perlichen Fähigkeit verwandelt und eingewurzelt, so dass sich in der Erde Fasern (fibrae) gebildet haben, die entsprechend der Richtung jener Bewegung angeordnet sind" (Par. 119, 60). Da Kepler schliesslich auf mehrere solcher Fasersysteme im Erdinnern kommt, tröstet er sich mit dem Gedanken: "Die Ärzte kennen sogar ein Beispiel für eine drei- fache Kombination von Fasern. Beim Magen sind dreierlei Fasern so mit- einander verflochten, dass sie dessen drei Fähigkeiten des Anziehens, Zurückhaltens und Ausstossens darstellen" (Par. 63). Im einzelnen ist es hochinteressant zu verfolgen, wie Kepler auf der Schwelle zwischen biologischer und physikalischer Behandlung seiner Probleme steht. Bezeichnend dafür ist der wechselnde Gebrauch von anima und vis in seiner Himmelsmechanik (s. z.B. Par. 57, 67).

Rein pragmatisch vom heutigen Wissensstande aus betrachtet, lassen sich seine Aussagen und Hypothesen in drei Gruppen einordnen: erstens solche, die auch wir als richtig erkennen (Beispiel: die Keplerschen Gesetze - selbstverständlich innerhalb ihres nichtrelativistischen Gültigkeitsbereiches); zweitens solche, die sich als falsch erwiesen haben (Beispiel: das Vorkommen von Wasserflächen auf dem Monde - Par. 53f.); und drittens ein intermediärer Typ, bei dem etwa falsche Über- legungen doch letztlich richtige Folgerungen erbracht haben (Beispiel: Entstehung von Sternen durch Kondensation diffuser Materie, welche Kepler für eine Ausdünstung der Sonne hielt - Par. 43).

Kompliziert wird es, wenn eine falschen Voraussetzungen entsprungene Annahme durch die Beobachtung nachträglich "bewiesen" wird. Kepler nahm in einer ihm selbst nie ganz klaren Weise an, dass die Umläufe der Planeten durch eine von der Sonne ausgehende Kraft (vielleicht eine Art unipolaren Magnetismus unter Mitwirkung des Lichtes) in Gang gehalten würden (Par. 77, 82). Übrigens findet sich schon in der "Narratio prima" des Rheticus, dass die Sonne als Ursprung der Plane- tenbewegungen, vermutet wird (Des G.J. Rheticus Erster Bericht über die 6 Bücher des Kopernikus, übers. v. Zeller, München u. Berlin 1943; S. 65). Wir dürfen annehmen, dass diese Äusserung auf Copernicus selbst zurückgeht, wenn sie auch in seinen uns erhaltenen Schriften nicht direkt belegbar ist.

Kepler nun postulierte auf Grund seiner falschen Hypothese eine Ach- senrotation der Sonne, wie sie einige Jahre danach durch Fernrohrbe- obachtungen von Sonnenflecken tatsächlich im gleichen Drehsinn, wenn auch erheblich langsamer als vorausgesagt, festgestellt wurde. Natür- lich sah er darin eine Bestätigung dafür, dass die Sonne "die Erstur- sache der Planetenbewegungen im Weltall und der erste Beweger, auch bezüglich ihres Körpers", sei (Par. 82). Aus historischer Sicht ist hier noch interessant, dass eine völlige Abkehr von der antiken Auf- fassung erfolgt ist, wonach das primum movens ganz draussen, ausserhalb der Fixsternsphäre, seinen Sitz haben sollte.

Für seine Zeitgenossen ebenso einleuchtend wie für uns heutige seltsam war die bereits erwähnte Meinung Keplers, dass eingeprägte Kräfte - etwa bei der Erdrotation - sich in einer Faserstruktur der Materie manifestieren müssten. Er ging sogar so weit, im Innern von Mond und Erde einen strukturierten Kern zu vermuten, dessen Rotation mit der der äusseren Bereiche nicht übereinstimme (Kepler, Gesammelte Werke, Bd. 7, ed. Caspar, S. 335 1. 45; 347 1. 41).

Als im Ergebnis nicht ganz falsch erwies sich Keplers Überzeugung, dass die Dichte der Himmelskörper im Sonnensystem nach aussen zu abnehme. Dabei kam er auf eine Modellsequenz von Gold, Quecksilber, Blei, Sil- ber, Eisen, Magnetstein und härtesten Edelsteinen für Sonne, Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter und Saturn (Par. 13o). Hinsichtlich der Sonne irrte er sich sehr; aber immerhin ist die mittlere Dichte der inneren Planeten (Merkur bis Mars) systematisch höher als die der äusseren (von Mars bis nicht nur Saturn, sondern sogar bis zu dem damals noch unbekannten Neptun; Pluto ist bekanntlich ein Aussensei- ter). Und auch bei Kepler ist der Dichtesprung zwischen Mars und Jupiter am grössten, was allerdings im Zuge seiner arithmetischen Ent- wicklungen durch die auch in der Titius-Bode-Reihe ausgeprägte "Pla- netoidenlücke" bewirkt wird.

Für die Kugelgestalt der Erde gibt Kepler an sich genau wie schon Copernicus (s.o.) die Konfiguration einer frei gravitierenden Flüs- sigkeit an: "Wir sehen, dass den Körpern von Erde und Wasser eine kör- perliche Kraft innewohnt, beliebige Körper anzuziehen und mit sich zu vereinigen. Diese Kraft nennt man allgemein "Schwere" (gravitas). Nun ist der ganze Erdball allseitig und ohne Grenze von Wasser um- strömt. Es ist auch nicht unwahrscheinlich, dass die Erde in ihrem Innern überall von gewaltigen Rohrgängen durchzogen ist wie ein durch- löcherter Topf, der aus wassergefüllten Scherben besteht - nämlich den Kontinenten. Offenbar konnten all die Wasserteile ringsherum gar keine andere Figur bilden als eine runde. Die Kraft des Wassers, die weder durch sich selbst, noch von der Erde behindert wird, bewirkt eine einheitliche, runde Gestalt. Daher bleibt keine, etwa durch Meeresströmungen bewirkte, Erhebung des Wassers lange erhalten; viel- mehr gleicht sie sich stets unter dem Einfluss der Schwere und Bildung seitlicher Wellen aus" (Par. 12>. Diese Ausführungen erwecken den Eindruck, dass Kepler der moderne Begriff der Isostasie durchaus ein- geleuchtet haben würde.

Für seine Zeit durchaus revolutionär war Keplers Annahme, dass nicht nur in der Hochatmosphäre, sondern auch im interplanetaren Raum eine feine Substanz vorhanden sei, die auf die Bewegungen der Planeten vielleicht und auf das Licht sicher einen (allerdings mit damaligen Mitteln nicht messbaren) Einfluss ausübe: "Oberhalb der Luft folgt so- gleich der Äther (aura aetheres), der wie eine Flüssigkeit das ganze Weltall erfüllt _... Sowohl Äther wie Luft sind flüssig und durchsich- tig und von örtlich und zeitlich unterschiedlicher Reinheit. Sie un- terscheiden sich aber durch offenkundige und sinnfällige Grade der Durchsichtigkeit" (Par. 39). "Wir können ohne Schaden einräumen, dass der Widerstand des Äthers nicht gänzlich gleich Null ist, so dass die Bewegungen der Gestirne davon ein klein wenig behindert werden, wie sie ja auch wegen ihrer Körpermaterie einen gewissen Widerstand lei- sten" (Par. 86). Kepler vermutet, "dass die Dichten von Wasser zu Luft und von Luft zu Äther in kubischer Proportion stehen" (Par. 85). Er schätzt, dass die Luft zehntausendmal dünner sei als das Wasser und der Äther ebensoviel dünner als die Luft, weil die Lichtbrechung von Äther in Luft ungefähr 30 Bogenminuten und die von Luft in Wasser un- gefähr einhundertmal soviel, nämlich 48 Grad, ausmacht (Ibid).

Besonders "modern" lesen sich Keplers Ausführungen über die Einwirkung der Sonnenstrahlung auf die Kometenschweife, die er im Zusammenhang mit der Vermutung macht, dass von der Sonne diffuse Materie ausgeströmt werde - eine Vermutung, die sich in unseren Tagen bewahrheitet hat: man denke an den "Sonnenwind" und die Theorie der Kometenschweife von Ludwig Biermann. Kepler schreibt: "Auch die Materie der Kometen scheint durch die ihre Körper durchdringenden Strahlen der Sonne deutlich zer- streut und in Form eines Schweifs durch den Äther verteilt zu werden, der vom Kometen in die der Sonne entgegengesetzte Richtung abströmt und den Äther verunreinigt _... Die Kometen sind geradlinige Bahnen im Äther aus leuchtender, der Kondensation und Dissipation fähiger Mate- rie, wie ihre Schweife sehr deutlich zeigen" (Par. 42, 44).

Hinter diesen Gedanken steht natürlich schon die Entdeckung des Petrus Apianus, dass die Kometenschweife von der Sonne weg gerichtet sind, in Verbindung mit der seit Tycho gewonnenen Erkenntnis von der Freizügig- keit der Kometenbahnen im Sonnensystem (s.o.). Aber auch bei den Mete- oriten kam Kepler in manchen Punkten der Wirklichkeit schon recht nahe: "Fallende Sterne bestehen aus entflammter zäher Materie. Manche davon werden während des Falls verzehrt, andere gelangen, von ihrem Gewicht gezogen, bis zur Erde herunter. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass einige früher aus trüber Materie, die dem Äther beigemischt ist, zusammengeballt wurden und dass sie aus der Ätherregion eine geradli- nige Bahn durch die Luft ziehen wie winzige Kometen" (Par. 46). Also nicht nur eine gewisse Verwandtschaft mit den Kometen, sondern auch extraterrestrische Herkunft der Meteorite wird hier ausgesprochen. Das war für jene Zeit wirklich eine erstaunliche Leistung.

Abgesehen von solchen Einzelzügen, deren Zahl sich noch vermehren liesse, haben die folgenden allgemeinen Positionen Keplers ihre Gültig- keit bewahrt und erscheinen heute vielleicht aktueller denn je:

1. Die Erde ist (neben der Energie spendenden Sonne und trotz allen langfristigen Aussichten der Weltraumfahrt, an die auch Kepler schon gedacht hat) für die Menschheit der wichtigste Himmelskörper.

2. Die Wissenschaft von der Erde soll vor allem Detail nicht den Blick auf die Erde als Ganzes verlieren, auf ihr Schicksal und auf die mannigfachen Wechselwirkungen zwischen ihr und dem sie umgebenden Kosmos.

Literatur
Kepler-Festschrift, Hrsg.: Naturwissenschaftlicher Verein, Regensburg 1971.
Kepler, J.: Epitome Astronomiae Copernicanae, übers. u. komm.: W. Petri.
Kepler, J.: Gesammelte Werke, Bd. VII. München 1953. Max Caspar: Nachbericht.
Rheticus, G.J.: Des G.J. Rheticus Erster Bericht über die 6 Bücher des Kopernikus (übers. v. Zeller). München, Berlin 1943.