Astronomische Chronologie

Die astronomische Chronologie (kurz auch Astro-Chronologie) ist ein interdisziplinäres Fachgebiet zwischen der Chronologie und der Astronomie. Sie befasst sich einerseits mit den astronomischen Grundlagen des Kalenders und der Uhrzeit, andererseits mit der Datierung von früheren astronomischen bzw. historischen Ereignissen.

Wesentliche Hilfsmittel dabei sind die Kalenderrechnung, die Himmelsmechanik und die Archäoastronomie, ergänzt um fallweise Aussagen aus dem Bereich von Geschichte, Linguistik, Arithmetik, Physik, Geodäsie und anderer Geistes- oder Naturwissenschaften.

Astronomische Grundlagen

Die fundamentalen Größen der Chronologie sind:

• Der Tag, genauer gesagt der „mittlere Sonnentag“. Der um rund 1/365 kürzere Sterntag – die eigentliche Rotationsdauer der Erde – ist hingegen nur für Astronomie, Geophysik und die Astrogeodäsie wichtig.
• Das Jahr, für alle Solarkalender ist das tropische Jahr, die scheinbare Bahnperiode der Erde im Bezug zum Äquator.
• Die Schiefe der Ekliptik und (teilweise) die Präzessionskonstante.

Tageslänge und wichtige Zeitskalen

Die Taglänge ist nicht konstant, insbesondere nimmt die Geschwindigkeit der Erdrotation langsam ab (im Jahrhundert um 0,002 Sekunden), was die Wissenschaft im 20. Jahrhundert zwang, spezielle Zeitmaße einzuführen. Hier seien nur vier erwähnt:

• Die Weltzeit (eigentlich „koordinierte Weltzeit“) UTC (in England auch GMT genannt), die sich nach der Erdrotation richtet und ihr alle 1-3 Jahre um eine Schaltsekunde nachgestellt wird. Diese bürgerliche Zeit ist das Zeitmaß des Alltags.
• Die Ephemeridenzeit ET, die sich auf die sehr gleichmäßige Jahresbahn der Erde um die Sonne stützt und 1960 für Berechnungen im Sonnensystem eingeführt wurde.
  • Sie basiert auf der SI-Sekunde, die aus der mittleren Erdrotation von 1900-1905 bestimmt wurde. Heute wird sie TDT (Terrestrial Dynamical Time, terrestrische Dynamische Zeit) genannt.
  • Wegen der Verlangsamung der Erdrotation haben sich zwischen 1900 und 2006 65 Sekunden „angesammelt“, d. h. für 2006 gilt TDT - UTC = ΔT = 65,184s.
  • Die TDT ist derzeit also der bürgerlichen Weltzeit um über eine Minute voraus, was aber den Planeten „egal“ ist: für sie ist allein die gleichmäßige Dynamische Zeit relevant. Daher ist in ein Astronomisches Jahrbuch immer mit TDT (frühere ET) einzugehen.
• Die Atomzeit AT, bzw. französ. TA (Temps Atomique), international koordiniert zur TAI. Sie basiert (wie alle heutigen Zeitsysteme) ebenfalls auf der SI-Sekunde und wird in Physik und Technik verwendet. Definitionsgemäß gilt seit 1984 TDT - TAI = 32,184s, doch könnte sich dies aus atomphysikalischen Gründen einst geringfügig ändern.
• Die GPS-Zeit. Sie läuft seit 1980 ohne jede Schaltsekunde, sodass sie derzeit (2006) um 14 Sekunden der UTC vorausläuft.

Kalender: Jahr und Monat

Weltweit existiert eine verwirrende Fülle verschiedener Kalendersysteme, die sich auf den Umlauf der Sonne oder des Mondes beziehen. Ohne auf die Querverbindungen und historisch bedingten Verwicklungen näher einzugehen, kann festgestellt werden:

1. Im Alltag gilt fast weltweit der gregorianische Kalender, dessen Zählung auch in Kulturen mit eigenem Kalender verwendet wird;
2. Für Zeitpunkte vor dem 15. Oktober 1582 (dem Datum der letzten Kalenderreform) ist Vorsicht angebracht;
3. Die Historiker verwenden für Zeiten vor 1582 den altbekannten, proleptisch-julianischen Kalender der christlichen Ära, also ohne ein Jahr Null.
4. Für Astronomen wäre der gregorianische Kalender mit einem Jahr Null günstiger, doch sind seine Jahrhunderte 36.524 oder 36.525 Tage lang. Daher wird als Zeitskala eine fortlaufende Tageszählung ab -4712 (julianisches Datum = JD) verwendet. Darin hat beispielsweise der Mittag des 1. Januar 2006 die Tagesnummer JD = 2.453.737 (2,453737 Millionen Tage seit dem Jahresbeginn von 4713 v. Chr.). Bei langfristigeren Berechnungen – wie etwa der Präzession – wird meist in julianischen Jahrhunderten à 36.525 Tage gerechnet. Bei Berechnungen, die über JD 0 zurückreichen, ist aber wiederum Vorsicht geboten, da nicht alle Formelsätze für negatives julianisches Datum gültig sind.
5. Modifizierungen des julianischen Datums sind in der EDV weit verbreitet und bieten sich daher auch als kalendarisches Austauschformat an.

Das einzige, was dieses vermeintliche – aber für jedes Fachgebiet praktikable – „Durcheinander“ mildert, sind die durchgehenden Wochentage. Daher waren seit Jahrhunderten alle Versuche, das Jahr auf genau 52 Wochen (364 Tage mit 1–2 „wochenlosen“ Schlusstagen) zu reduzieren, oder gar eine 10-Tage-Woche einzuführen, zum Scheitern verurteilt.

An Kalendern, die für die Auswertung zeitgenössischer Quellen bedeutend sind, seien erwähnt:

• Die Solarkalender Julianischer Kalender und Gregorianischer Kalender
  • mit den Problem des Jahres 1582
  • dem Problem des Epochensprungs: Das Jahr Null und die Christliche Ära (System des Dionysius Exiguus 525), die mit dem Jahr 754 Ab urbe condita beginnt
  • mit Bezug auf die Komputistik, also das Osterdatum und das mittelalterliche Indiktionsjahr
• Der Jüdische Lunisolarkalender und der Islamische Lunarkalender
• Altrömischer Kalender, Griechische Kalendersysteme, Ägyptischer Kalender, Babylonischer Kalender

Siehe hierzu auch: Liste der Kalendersysteme

Präzession und Nutation

Siehe Nutation (Astronomie)

Geschichtliche Quellen der astronomischen Chronologie

Weltweit gibt es eine große Anzahl astronomisch genützter Bauwerke der Vorgeschichte, die sich für Zwecke der Chronologie verwenden lassen. Zu ihnen gehören unter anderem:

• Steinzeitliche Menhire (siehe auch Stonehenge, Steinkreise usw.)
• Tempelbauten der Maya und anderer Völker des alten Südamerika
• Chinesische Chroniken (seit etwa 2000 v. Chr.)
• Sternwarten im alten Indien und China
• Altägyptische Pyramiden, babylonische Ziggurate u. ä.

Wesentliche Hilfsmittel sind die Ausrichtung der Bauwerke nach (damaligen) Himmelsrichtungen, nach Auf- und Untergangspunkten der Sonne und heller Gestirne, der Zusammenhang zwischen allfälligen bildlichen Darstellungen und ihrem Ort bzw. der Entstehungszeit, und vieles mehr.

Des Weiteren sind Funde und Chroniken anzuführen, deren Inhalt sich mit Phänomenen am Sternhimmel korrelieren lassen:

• Babylonische Keilschrifttafeln, ägyptische Papyri
• Sehr viele Zeugnisse aus der Griechischen und Römischen Antike
• sowie aus dem Mittelalter (Arabien, Frankenreich usw.)
• Berichte von Expeditionen, Schiffsreisen und ähnliches.

Hier ist es im Regelfall leichter, die Zusammenhänge des geschilderten Phänomens mit der Beobachtungszeit und/oder der Position des Beobachters herzustellen.

Siehe hierzu auch: Sphärische Astronomie, Astronomische Phänomenologie, Bahnbestimmung.

Wichtige astronomische Phänomene der Vorzeit

Nur selten sind in Chroniken – die im Orient bis etwa 4000 v. Chr. zurückreichen – allgemeine astronomische Tatsachen enthalten. Häufiger ist es, dass besondere Erscheinungen Anlass für eine Eintragung sind. Zu ihnen gehören:

• Sonnenfinsternisse (insbesondere totale)
• Mondfinsternisse (weniger Berichte)
• Seltene Konstellationen (z. B. die große Konjunktion zwischen Jupiter und Saturn, siehe Stern von Betlehem)
• Das Erscheinen von hellen Kometen
• Das plötzliche Auftauchen einer Supernova oder einer nahen Nova
• Das Zusammentreffen astronomischer Phänomene mit politischen Ereignissen (Krieg, Erdbeben, Königskrönung usw.)

Siehe hierzu auch: Kategorie:Astronomisches Ereignis

Methoden der astronomischen Chronologie

Die Methodik der astronomischen Datierung hängt eng mit den Möglichkeiten zusammen, die Bewegungen der Himmelskörper genau genug in die Vergangenheit zurück zu rechnen. Damit kommen mehrere Fachgebiete ins Spiel:

• Die Himmelsmechanik (Bahnberechnung aus vorhandenen oder zu schätzenden Bahnelementen)
• Die Astrogeodäsie (Ortsbestimmung aus Zeit- und Richtungsbeobachtungen)
• Die Archäologie (z. B. für kulturelle Zusammenhänge)
• Die Physik und die Geophysik (z. B. für Analysen des früheren Magnetfeldes)
• Die Metrologie (für frühere Maße und Messmethoden).

Wichtige Berechnungsmethoden der klassischen Chronologie sind in der Fachliteratur beschrieben, beispielsweise im Werk von Paul Ahnert (siehe unten).

Beispiele

Im folgenden wird der weite Bereich der Astrochronologie an zwei extremen Beispielen demonstriert:

• Einer im alten Babylon beobachteten Sonnenfinsternis, die gute Werte für die damalige Erdrotation ergab.
• Eine simulierte Begegnung und Durchdringung zweier Galaxien, die Methoden numerischer Verfahren für Modellierungen veranschaulicht.

Zu weiteren Beispielen, die in anderen Artikeln in der Wikipedia ausführlich dargestellt werden, siehe auch:

• Der Stern von Betlehem: Die nähere Datierung von Christi Geburt unter der Voraussetzung, dass der Stern der Weisen eine enge Begegnung von Jupiter und Saturn war.
• Die Himmelsscheibe von Nebra: Eine etwa 3600 Jahre alte Bronzescheibe mit offensichtlich astronomischem Bezug.

Sonnenfinsternis von 136 v.Chr.

Wäre die Erdrotation völlig gleichmäßig, hätte die Sonnenfinsternis vom 15. April -135 nicht in Mesopotamien, sondern auf Mallorca stattgefunden!

Mesopotamische Chroniken verzeichnen eine totale Sonnenfinsternis am 15. April 136 v. Chr.. deren Zentrallinie genau über Babylon verlief. Der Fall ist darum interessant, weil er von der Verschiebung des Frühlingspunkts im Zyklus der Präzession unabhängig ist. Die sehr verlässlichen Daten erlauben, die Geschwindigkeit der Erdrotation über zwei Jahrtausende in die Vergangenheit zu extrapolieren.

Wenn man mit den heute gültigen Bahnelementen der Erde und des Mondes und der jetzigen Achsdrehung zurückrechnet, erhält man eine Finsternislinie durch Mallorca. Die 4000 km zum tatsächlich verfinsterten Babylon sind Ausdruck der Tatsache, dass sich die Erdrotation seither um etwa 1/30 Sekunde verlangsamt hat. Weil sich dies mit jedem der fast 800.000 Tage aufsummiert, kommen 3¼ Stunden zusammen. Die früher rascher rotierende Erde bewirkt, dass der Mondschatten nicht vor Spanien, sondern bereits im Orient auf die Erdoberfläche traf. Im Durchschnitt verlangsamte sich die Erddrehung um ein bis zwei Millisekunden pro Jahrhundert.

Computergestützte Modelle und Simulationen

Mit den modernen Mitteln der Computertechnik – wie Computersimulation, numerische Integration, Gleichgewichts- und andere Modellrechnungen – lassen sich viele Phänomene genauer (und v. a. schneller) zurückrechnen als mit den klassischen, mathematisch strengen Formeln der Physik oder der Himmelsmechanik.

Simulation: Begegnung und Wechselwirkung zweier Galaxien

Als Beispiel sei das Teilbild einer Simulation gezeigt, bei der die Begegnung zweier Galaxien und ihre Folgen aus der gegenseitigen Gravitation berechnet wurden. Hier geht es nicht um Jahrtausende, sondern um Jahrmillionen. Das Bild stammt aus dem Artikel „Extragalaktische Objekte“ und demonstriert, wie die Milliarden Sterne der zwei Spiralnebel zwar aneinander vorbeifliegen, aber nachher doch ein gemeinsames System bilden dürften.

Probleme solcher Simulationen sind unter anderem:

• Die Wahl von möglichst realistischen Ausgangsdaten
• Die Feinheit des Modells (konkret: wie viel Sterne werden zu jeweils einer Gruppe zusammengefasst). Ist es zu grob, leidet die Aussagekraft, umgekehrt steigt die Rechenzeit ins Ungeheure
• Die Schrittweite in der Zeit. Ist sie zu kurz, wird zwar der einzelne Schritt genauer, doch die Rechenzeit steigt und die Rundungsfehler über die Jahrmillionen nehmen zu.
• Vernachlässigte Wechselwirkungen (z. B. thermisch, relativistisch), unbekannte Dunkle Materie etc.

Auf ähnliche Art werden auch Simulationen im Sonnensystem berechnet – beispielsweise für Sternbedeckungen, Finsternisse und Planeten-Konstellationen.

Siehe auch

Weitere relevante Phänomene:

Körper des Sonnensystems

• Astronomische Objekte
• Polbewegung, Epoche
• Sternbedeckungen durch den Mond und (selten) durch Planeten
• Venusdurchgang, Sonnenflecken und Polarlichter
• Planetenschleife, Heliakischer Aufgang, Kalendarium
• Planetarium, Sonnenuhr, Messgerät
• Meteorstrom, Meteoritenfall

Verschiedenes

• Altes Testament, Bibel, Veden
• Mythen und Sagen
• Navigation, Seekarten und Reiseberichte
• Sternkarte, Ephemeride
• Entwicklungs- und andere Modellierung von Himmelskörpern
• Supernovae und ihre Entwicklung zu planetarischen Nebeln
• Kosmologie, Paläontologie

Literatur und Weblinks

• Paul Ahnert, Astronomisch-chronologische Tafeln. (ca. 1960)
• Karl Ledersteger, Astronomische und Physikalische Geodäsie. JEK Handb. d. Vermess. Band V, 871 p., Verlag J. B. Metzler, Stuttgart 1969
• Linksammlung zur historischen Chronologie
• Chronologie am Astronom. Institut Würzburg
• evt.: Chronologie des pharaonischen Ägypten