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Die zweite wichtige Anwendung war die Navigation. Ohne den Lauf der Himmelsköper zu kennen, war es nicht möglich, in relieflosen Gegenden wie auf dem Meer oder in einer Wüste den Weg zu finden.
Eine dritte Anwendung der Himmelswissenschaften bestand im Versuch, aus bestimmten Konstellationen Eigenschaften von Lebewesen abzuleiten. Wieweit hierbei der Glaube an Gottheiten, die sich als Himmelskörper manifestieren, oder das Wissen um die jahreszeitliche Abhängigkeit biologischer Prozesse eine Rolle spielt, ist sehr schwer auszumachen.
Für die heutige Astronomie grundlegenden Wurzeln stammen aus dem Zweistromland und Ägypten. Insbesondere den Babyloniern verdanken wir eine Reihe von Quellen. Als bleibendes Relikt aus dieser Zeit sind uns einige Sternbilder erhalten, wenn auch heute mit lateinischen Namen. Viel vom Wissen der Babylonier wurde von den Griechen übernommen. Diese steuerten ihrerseits einen beachtlichen Teil bei, vor allem die Wurzeln dessen, was sich zu den heute bekannten Naturwissenschaften entwickelt hat; speziell mathematische Erkenntnisse sind hier zu erwähnen. Ihren Abschluss fand diese Epoche mit dem Werk des Ptolemäus von Alexandria.
Die Werke des Ptolemäus wurden ins Arabische übersetzt und erweitert. Die Araber trieben die Himmelswissenschaften im Mittelalter in neue Bereiche. Am Anfang der Neuzeit gelangte der Almagest, wie die erweiterten Ptolemäischen Werke genannt wurden, nach Europa und dort in die Köpfe einiger Gelehrter. Davon beeinflusst begann die neue Geschichte der Astronomie.
Ihren bekannten Anfang nahm die moderne Astronomie mit der Erkenntnis des Nikolaus Kopernikus (1500), dass die Sonne das Zentralgestirn anstelle der Erde ist. Da Kopernikus an Kreisbahnen f¨r die Planeten festhielt, musste er gewagte geometrische Konstruktionen (Kristallosphären) einführen, um die Bewegungen der Planeten am Himmel erklären zu können.
Die nächsten entscheidenden Schritte sind mit den Namen Tycho Brahe, Johannes Kepler, Isaac Newton und Galileo Galilei verkn¨pft. Brahe zeichnete akribisch genau die Positionen der Planeten auf. Aus diesen und aus seinen eigenen Messungen gelang es Kepler, zuerst für den Mars, seine drei berühmten Gesetze aufzustellen. Isaac Newton stellte etwa zur gleichen Zeit die Grundlagen der Gravitation in Form von ebenfalls drei Gesetzen auf, die ihre Gütigkeit bis zu den Erweiterungen durch Albert Einstein zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts unverändert beibehielten. Er entwicklete auch einen Typ Spiegelfernrohr, der sich heute noch vor allem bei Amateurastronomen grosser Beliebtheit erfreut. Galilei hingegen konstruierte ein Linsenfernrohr (Refraktor von fragere oder so, lat. brechen), mit dem er ausgiebig den Himmel inspizierte und dort die Jupitermonde und Sonnenflecken entdeckte.
Das achtzehnte Jahrhundert brachte bessere optische Gerätschaften und mit Friedrich Wilhelm = William Herschel einen herausragenden Astronomen. Herschel entdeckte nicht nur den Uranus (1781) bei seinen Untersuchungen der hellen Sterne, sondern konnte aufgrund seiner Doppelsternbeobachtungen nachweisen, dass die Newtonsche Gravitationstheorie keineswegs auf das Sonnensystem beschränkt G¨ltigkeit hat. Daneben erstellt er in zwei Jahrzehnten von 1782 an den grössten Katalog von Nebeln (siehe auch Erforschung der Nebel) mit 2500 Einträgen, gegen welchen der Katalog des Pariser Kometenjägers Charles Messier mit knapp mehr als hundert Einträgen verblasste. Herschels Katalog bildete den Grundstock des New General Catalogue of Nebulae (NGC). Von Herschel stammt der Ausdruck Planetarische Nebel, welche er anfangs wirklich für Planetenscheibchen hielt (gegen 1790).
Zu Beginn des neunzehnten Jahrhunderts führte Williams Sohn John mit der systematischen Himmelsdurchmusterung der Sühalbkugel das Werk seines Vaters und seiner Tante Caroline fort. (Er baute dazu in der Nähe von Kapstadt etwa beim heutigen Observatorium eine Sternwarte auf). Das 19. Jahrhundert brachte weitere wichtige Neuerungen: die Fotografie und die Spektroskopie. Die Fotografie brachte die Möglichkeit, unabhängig von künstlerischen oder beschreibenden Fähigkeiten der Beobachter Beobachtungen festzuhalten und zu archivieren. Zusammen mit dem Einsatz von Farbfiltern konnte so die Photometrie entwickelt werden, die quantitative Messungen von Helligkeiten ermöglichte. Daraus entstand die Untersuchung der veränderlichen Sterne. Weiters erlaubte die Fotografie auch aufgrund der Lichtsammeleigenschaft (lange Belichtungszeiten), bisher unbekannte Details von schwachen Objekten und eine Reihe von neuen Objekten zu entdecken. Die Spektroskopie wurde von Joseph Fraunhofer auf die Sonne angewandt. So konnte die Helligkeitsverteilung (spektrale Energieverteilung) bestimmt werden, und es wurden die sogenannten Fraunhoferlinien des Sonnenspektrums entdeckt werden. Die Natur dieser, hier in Absorption gesehen Linien, wurde von Gustav Robert Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen als “Fingerabdrücke” von chemischen Elementen erkannt. Damit eröffnete sich das Feld der Spektralanalyse, womit die chemische Zusammensetzung der Sterne und Gasnebel untersucht werden konnte. 1838 gelang Friedrich Wilhelm Bessel die Messung der jährlichen Parallaxe des Sterns 61 Cygni, und damit die erste Entfernungsbestimmung eines Sterns. Dies war der endgültige Beweis für das heliozentrische Weltbild. 1846 wurde der Planet Neptun von Johann Gottfried Galle nach Berechnungen von Urbain Jean Josepf Leverrier.
Der Beginn des 20. Jahrhunderts brachte mit dem Henry Draper Katalog eine grossartige Zusammenfassung von Sternspektren und begründete das Harvard-Klassifikationsschema der Sterne, welches noch heute verwendet wird. Arthur Stanley Eddington leistete Arbeiten auf dem Feld des Sternaufbaus, noch ohne die Energiequelle genau zu kennen. Henrietta Leavitt fand die Periode-Leuchtkraft-Beziehung der delta-Cepheiden. Bis in die zwanziger Jahre wurde von Max Planck, Ernest Rutherford, Nils Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Ernst Schrödinger und anderen die Quantentheorie begründet, wodurch die Spektralanalyse auch ein festes theoretisches Fundament erhielt. Ebenfalls in den zwanziger Jahren wurde die “great debate” über die Natur der Welteninseln, der Galaxien (damals vor allem Spiralnebel) von Edwin Hubble durch die Beobachtung von delta Cepheiden in der grossen Andromedagalaxie (M31) geklärt: die Spiralgalaxien waren definitiv kein Bestandteil der Milchstrasse, das Universum ist deutlich grösser. Der Planet Pluto wurde 1930 von Clyde Tombaugh entdeckt. Die Theorie der Schwerkraft, die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein (und anderen), begründete die moderne Kosmologie. Zusammen mit der Beobachtung der Expansion des Universums - Galaxien scheinen sich um so schneller von uns fortzubewegen, je weiter sie weg sind, wurde das Urknallmodell entwickelt. Alexander Friedmann, Georges Lemaître und Willem de Sitter sind einige der Namen, die kosmologische Modelle entwickelten. In den dreissiger Jahren wurde eine Lösung für die Energieerzeugung in Sternen gefunden: Fusionsreaktionen, am wichtigsten die Wasserstoffusion, stellen über lange Zeitskalen die Energie zur Verfügung, die Sterne ihre Eigenanziehungskraft ausbalanzieren hilft. Der sogenannte CNO- oder Bethe-Weizsäcker-Zyklus wurde dabei unabhängig voneinander von den beiden Namensträgern gefunden. Nach der Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick im Jahr 1932 postulierte Robert Oppenheimer die Existenz von Neutronensternen, welche durch den Entartungsdruck gegen den Kollaps stabilisiert werden sollten. Der Effekt des Entartungsdrucks ergab sich aus dem Pauli-Prinzip für Fermionen (Neutronen gehören zur Klasse der Fermionen). Subrahmanyan Chandrasekhar fand das obere Massenlimit für Weisse Zwerge, ebenfalls ein Endprodukt der Sternentwicklung, welche durch Elektronenentartung stabilisiert werden. Mit dem 5 m Hale-Teleskop wurde 1948 auf dem Palomar Mountain eine neue Ära der optischen Beobachtungsmöglichkeiten eröffnet, die erst in den neunziger Jahren mit den Keck- und VLT-Teleskopen (und weiteren) überholt wurde. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde die Radartechnik auch zur Beobachtung des Himmels verwendet, und eine Reihe von neuen Quellen entdeckt. Wegen der schlechten Winkelauflösung von einzelnen Radioteleskopen war die Identifikation mit den optischen Gegenstücken eine schwierige Angelegenheit. Um die Winkelauflösung zu verbessern, wurden immmer grössere Radioteleskope gebaut (z.B. Effelsberg in der Eifel, 100 m, 1971) Radiointerferometer gebaut (z.B. Very Large Array bei Socorro, New Mexico, USA, mit 27 25 m-Antennen, 1980; oder das weltweite Very Long Baseline Interferometer). Damit wurden Radiogalaxien, die kosmische Hintergrundsstrahlung (1965), Quasare, Aktive Glaxienkerne und die Pulsare (1968, Jocelyn Bell) entdeckt, welche als Neutronensterne identifiziert werden konnten. An Doppelpulsaren konnte die Existenz von Gravitationswellen durch die Verkleinerung des Drehimpulses, also Verringerung der Umlaufzeit der beiden Partner umeinander, nachgewiesen werden. Die für Kriegszwecke entwickelte Rakete wurde in den fünfziger Jahren sowohl für militärische Einsätze als auch für wissenschaftliche Zwecke weiterentwickelt und eingesetzt. Mit Observatorien zuerst in Raketenköpfen und dann auf Satelliten konnte die abschirmende Erdatmosphäre umgangen werden und neue Spektralbereiche ausserhalb des optischen und des Radiobereichs erschlossen werden. Für UV- und IR-Beobachtungen wurden auch Teleskope an Ballonen und in Flugzeugen (z.B. Kuiper Airborne Telescope für IR, 1975 - 1995) eingesetzt. Der UHURU-Satellit war der erste, der eine Durchmusterung des Himmels nach Röntgenquellen vornahm (1970 - 1973). Er entdeckte 339 Quellen. Seine Nachfolger waren der Einstein-Satellit, 1978 - 1981, EXOSAT, 1983 - 1986, ROSAT, 1990, der die erste Durchmusterung im Extremen UV erstellte. Den infraroten Bereich graste der IRAS-Satellit erfolgreich im Jahr 1983 ab; seine Nachfolger waren der Cosmic Background Explorer, gestartet 1989, welcher die kosmische Hintergrundsstrahlung nebst anderem untersuchte, und der ISO-Satellit, gestartet 1995. Im IR wurden Erkenntnisse über das Interstellare Medium und die Sternentstehung gewonnen. Mit Raumsonden konnten die Körper des Sonnensystems untersucht werden; beispielsweise mit den Venera-Sonden und dem Magellan-Raumfahrzeug die Venus, mit den Viking-Sonden der Mars, den Pioneer- und Voyagersonden Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, mit SOHO die Sonne, mit Giotto der Halleysche Komet, mit Galileo die Asteroiden Gaspra und Ida (sowie Jupiter) - um nur einige zu nennen. Gegenwärtig werden die “Lücken” im Spektralbereich, speziell im Sub-Millimeter und fernen IR und im extrem kurzwelligen Bereich ausgebaut, mit dem Ziel, Beobachtungen über den ganzen elektromagnetischen Spektralbereich durchführen zu können.