„Blick in den Himmel“ durch Zeit und Raum: Vergangenheit und Gegenwart des Planetariums

Die Gewinnerarbeiten des „China Science Popularization Youth Star Creation Competition“ 2023

Autor: Lu Qi

Wenn die Nacht hereinbricht, blinken unzählige Sterne und blicken uns still an. Wir blicken neugierig nach oben. Im Laufe der Zeit haben Sie möglicherweise das Gefühl, dass alle Sterne stillstehen. Nur wenn wir die Zeit beschleunigen, können Sie sehen, dass sie sich langsam bewegen. Gelegentlich sind künstliche Satelliten und Meteore am Himmel zu sehen. Wenn Sie einen Meteor sehen können, müssen Sie großes Glück haben.

Altes und modernes Verständnis des Sternenhimmels

Zhang Heng, ein berühmter Wissenschaftler der Han-Dynastie, schrieb in seinen „Anmerkungen zum Huntianyi“: „Der Himmelskörper ist wie ein Ei, der Himmelskörper ist rund wie eine Kugel und die Erde ist wie das Eigelb eines Huhns, innen isoliert. Der Himmel ist groß und die Erde ist klein. Es gibt Wasser innerhalb und außerhalb des Himmels, und der Himmel umgibt die Erde wie eine Eierschale das Eigelb … Die Nord- und Südende werden Nord- und Südpol genannt.“ Er glaubte, dass der Himmel die Erde umgibt, der Himmel wie eine Eierschale ist und die Erde wie ein Eigelb, das in der Mitte schwimmt. Die relativen Positionen von Eierschale und Eigelb werden verwendet, um die Beziehung zwischen Himmel und Erde zu veranschaulichen, wobei die Nordpolachse das Zentrum der Rotation des Himmelskörpers ist. In „Aufzeichnungen des Großen Historikers: Buch der Himmlischen Beamten“ heißt es: „Der Große Wagen ist der Streitwagen des Kaisers, der sich in der Mitte bewegt und die vier Himmelsrichtungen kontrolliert.“ Die Menschen der Antike glaubten, dass der Nordpol der Mittelpunkt des Himmels sei und dass sich alle Sterne um ihn drehten. Und jetzt wissen wir, dass sich die Sterne nicht bewegen, sondern nur der Boden unter unseren Füßen rotiert. Tagsüber sehen wir die Sonne im Osten auf- und im Westen untergehen, und nachts sehen wir die Sterne und den Mond ebenfalls im Osten auf- und im Westen untergehen. Dieses Phänomen wird in der Astronomie als scheinbare Tagesbewegung bezeichnet. Aufgrund der Erdrotation bewegen sich die Sterne und in der Welt, in der wir leben, gibt es Tag und Nacht. Erst dadurch entsteht für uns das Konzept eines „Tages“. Unsere Erde dreht sich zusätzlich zu ihrer Rotation auch um die Sonne. Die Erde dreht sich einmal im Jahr um die Sonne. Während sich die Erde dreht, ändert sich die Position der Sonne auf der Ekliptik und verschiebt sich täglich um etwa 1 Grad. Dieses Phänomen wird in der Astronomie als jährliche scheinbare Bewegung bezeichnet.

Alte chinesische astronomische Instrumente

Lange vor der Erfindung des Teleskops beobachteten die Menschen der Antike den Himmel mit bloßem Auge und zeichneten die Himmelskörper auf, die sie am Nachthimmel sahen. Sie erfanden auch verschiedene mechanische Geräte, um die Bewegung von Himmelskörpern zu demonstrieren. Zu den bekanntesten zählen die Armillarsphäre, der künstliche Himmelsglobus und das wasserbetriebene astronomische Observatorium. Die Armillarsphäre ist ein Instrument, das in der Antike verwendet wurde, um die Bewegung von Himmelskörpern auf der Himmelskugel zu demonstrieren. Es zeichnet Sonne, Mond, 28 Sternbilder und andere Himmelskörper sowie Äquator und Ekliptik auf eine Kugeloberfläche, sodass die Menschen die Himmelsphänomene jederzeit nachvollziehen können. Ähnlich einem modernen Himmelsglobus. Der Unterschied zwischen der Armillarsphäre und der Armillarsphäre besteht darin, dass die Armillarsphäre hauptsächlich zur Anzeige der Veränderungen von Himmelsphänomenen verwendet wird, während die Armillarsphäre hauptsächlich ein Beobachtungsinstrument ist, mit dem die Ekliptik- und Äquatorialkoordinaten von Himmelskörpern gemessen werden.

Schematische Darstellung des Fake Sky-Instruments

Su Song und Han Gonglian aus der Song-Dynastie entwickelten gemeinsam ein Instrument, das es den Menschen ermöglichte, in das Innere des Himmelsglobus einzudringen, um die Sterne zu beobachten – das künstliche Himmelsinstrument, das es den Menschen der Antike ermöglichte, die Bewegung der Sterne am Himmel intuitiver zu verstehen. Die Kugel des künstlichen Himmelsinstruments besteht aus Bambusstreifen und in die Oberfläche sind entsprechend der Position und Größe der Sterne kleine Löcher gebohrt. Die Basis der Kugel bildet ein quadratisches Holzgehäuse. Die Kugel ist zur Hälfte im Schrank versteckt und zur Hälfte außerhalb des Schranks. Wenn Menschen die Kugel betreten, können sie Lichtpunkte wie Sterne am Nachthimmel sehen. Die wasserbetriebene astronomische Uhr, bekannt als „die älteste astronomische Uhr der Welt“, wurde in der Nördlichen Song-Dynastie gebaut. Es handelt sich um eine astronomische Uhr, die mehrere Funktionen wie Zeitmessung, astronomische Beobachtung und Sternendemonstration vereint und mit Wasserkraft betrieben wird. Es wurde von Han Gonglian und anderen entworfen und unter der Aufsicht von Su Song gebaut und im siebten Jahr von Yuanyou fertiggestellt. Die Plattform ist eine etwa 12 Meter hohe Holzrahmenkonstruktion. Die Basis ist etwa 7 Meter lang und breit. Es ist oben schmal und unten breit und in drei Schichten unterteilt. Die oberste Schicht ist die Armillarsphäre, die zur Beobachtung des Sternenhimmels dient. Die obere Platte der Plattform kann während der Beobachtung geöffnet werden. Die mittlere Ebene ist die Armillarsphäre, die zur Darstellung der Sterne dient. Die unterste Schicht besteht aus dem Antriebsgerät und dem Zeitmess- und Zeitmeldemechanismus, der über ein Zahnradgetriebe mit der Armillarsphäre und der Armillarsphäre verbunden ist, sodass jede Schicht des Geräts miteinander verbunden ist und synchron mit den Himmelskörpern läuft. Es spiegelt nicht nur die hervorragenden mechanischen Fertigungsfähigkeiten des alten China wider, sondern auch den ewigen Geist der chinesischen Zivilisation, die Gesetze des Universums zu erforschen. „

Reproduktion von Linglong-Instrumenten

Nach Su Song und Han Gonglian schuf der Astronom Guo Shoujing aus der Yuan-Dynastie das Linglong-Instrument, das dem falschen Himmelsinstrument ähnelte. Beide waren Instrumente zur Demonstration von Himmelsphänomenen. Es ersetzte die traditionelle Methode der Beobachtung von Himmelskörpern von außen durch eine falsche Himmelsstruktur zur Beobachtung der Sterne von innen. Das Originalinstrument ist verloren gegangen. In der frühen Yuan-Dynastie hielt Yang Huan in „Linglong Instrument Inscription“ fest: „Alle Instrumente sind für den eigenen Gebrauch gemacht. Das Instrument ist exquisit und nützlich. Es hat mehr als 100.000 Augen, mit gleichmäßig verteilten Kette- und Schussfäden. Es hat den gleichen Körper wie der Himmel und entspricht den Regeln und Vorschriften. Der ganze Körper ist leer und hell und gibt den Blick auf das Innere und Äußere frei. Es gibt zahllose geheimnisvolle Bilder. Die Sterne haben eine bestimmte Reihenfolge ihres Aufbruchs und die Entfernung zum Pol hat einen bestimmten Grad. Die Menschen können hindurchsehen und es sofort verstehen.“ Das Planetarium Peking beauftragte das Suzhou Institute of Ancient Astronomical and Timing Instruments mit der Restaurierung des Linglong-Instruments, das sich heute im Beijing Ancient Observatory befindet. Im Jahr 1913 bauten die Amerikaner ein begehbares kugelförmiges Demonstrationsgerät für Himmelsphänomene namens „Atwood Sphere“. Die Kugel hat einen Durchmesser von 17 Fuß und weist auf ihrer Oberfläche 692 Löcher auf, die, wenn Licht hindurchdringt, die Sterne am Nachthimmel simulieren können. Das Original wird noch heute als Sammlung im Adler-Planetarium in Chicago, USA, aufbewahrt und steht Besuchern zur Besichtigung und zum Erleben offen.

Atwood Ball

Die Geburt des modernen Planetariums

In der astronomischen Terminologie lautet die englische Bezeichnung für Planetarium „Planetarium“. Die englischen Bezeichnungen für Planetarium und Planetarium lauten beide „Planetarium“. Ein Planetarium ist ein halbkugelförmiges Kuppelgebäude, das für Himmelsvorführungen genutzt wird. Es ist ein Ort, an dem Menschen den Sternenhimmel verstehen und kennenlernen können und ist das Herzstück eines traditionellen Planetariums. Das Planetarium war schon immer ein Meilenstein der Planetariumsausstellung, da es den Sternenhimmel auf der Erde realistisch wiedergeben und die scheinbare Bewegung der Himmelskörper simulieren konnte. Als Planetarien bezeichnet man Einrichtungen, die einen künstlichen Sternenhimmel darstellen. Ursprünglich gab es Planetarien nur in der Form von Planetarien, daher verwenden europäische und amerikanische Länder üblicherweise dasselbe Wort für beides.

Die Idee, den Sternenhimmel detailgetreu wiederzugeben, stammt von Oskar von Müller, dem Gründer des Deutschen Museums in München. Im Jahr 1913 wollte Oskar von Müller für das Deutsche Museum ein Demonstrationsgerät entwickeln, das die Positionen und Bewegungen der Sterne, Planeten, Sonne und Mond realistisch darstellen sollte. Daraufhin wandte sich Direktor Oscar von Müller an Carl Zeiss in Jena, um ein solches Gerät zu bauen, und Zeiss nahm diesen Sonderauftrag an. Die Entwicklungsarbeiten wurden durch den Ersten Weltkrieg unterbrochen. Im Jahr 1919 schlug Zeiss‘ Chefingenieur Paulsfield ein Designkonzept vor, das auf einem optisch-mechanischen Projektionsplanetarium basierte. Er und sein Team arbeiteten daran, die Details zu vertiefen und sie schließlich in die Realität umzusetzen.

Entwurfsskizze des ersten optischen Planetariums

Am 21. Oktober 1923 präsentierte Carl Zeiss Jena in München das weltweit erste optische Planetarium, das für das Deutsche Museum entwickelt wurde. Dies war die erste öffentliche Vorführung eines künstlichen Sternenhimmels. Nach einigen Wochen Testbetrieb in München wurde das Planetarium zur Verbesserung und Perfektionierung zurück ins Werk geschickt. Für weitere Entwicklungs- und Testzwecke errichtete Zeiss auf dem Dach der Fabrik eine temporäre Kuppel mit einem Durchmesser von 16 Metern. Am 22. Juli 1924 gab das Zeiss-Planetarium seine erste Sternenshow vor großem Publikum. Von Juli bis September 1924 standen fast täglich Sternenhimmel-Vorführungen auf dem Programm. Mehr als 30.000 Besucher erlebten in dieser kurzen Zeit erstmals den künstlichen Sternenhimmel durch optische Projektion. Basierend auf den Erfahrungsberichten der Besucher werden im optischen Planetarium laufend Verbesserungen und Funktionserweiterungen vorgenommen. Am 7. Mai 1925 wurde dieses Planetarium im Planetarium des Deutschen Museums offiziell der Öffentlichkeit übergeben und markierte damit die Geburtsstunde des modernen Planetariums. Das Planetarium hat einen Durchmesser von 10 Metern und in der Mitte ist ein Planetarium vom Typ Zeiss I installiert. Es kann 4.500 Sterne, die Milchstraße und Sternbildnamen projizieren, jedoch nur den lokalen Sternenhimmel in München darstellen.

Zeiss Planetarium I

Bei der Betrachtung der Entstehung und Entwicklung von Planetarien müssen wir die in China hergestellten Planetarien und ihre Rolle in der chinesischen Planetariumsindustrie erwähnen. Die Entwicklung des Planetariums in meinem Land begann in den 1950er Jahren. Das Beijing Institute of Technology (heute Beijing Institute of Technology) orientierte sich am deutschen Carl Zeiss-Planetarium und entwickelte innerhalb von drei Monaten eigenständig den ersten inländischen Planetariumsprototyp. Danach arbeitete die Schule mit dem Beijing Planetarium, der Beijing Optical Instrument Factory und der Beijing Power Control Equipment Factory zusammen, um ein großes Planetarium mit chinesischen Merkmalen zu entwickeln. Von 1976 bis 2007 war dieses Planetarium 30 Jahre lang ununterbrochen im Planetarium Peking in Betrieb und zeigte die 24 Sonnenperioden auf der Ekliptik sowie die drei Bereiche und 28 Villen, die Chinas Sternenkultur widerspiegeln. Aus verschiedenen Gründen konnte die spätere Forschung und Entwicklung des Projekts jedoch nicht Schritt halten. In den folgenden Jahrzehnten kam es bei den heimischen Planetarien weder zu weiteren Innovationen noch zu Leistungs- oder Technologieverbesserungen. Im Jahr 2008 wurde die Renovierung des Pekinger Planetariums abgeschlossen und das Planetarium auf ein digitales Projektionssystem und ein optisches Planetarium von Zeiss aufgerüstet. Nach seiner Außerdienststellung wurde dieses im Inland hergestellte Planetarium als Sammlung in der Dauerausstellungshalle ausgestellt.

Inländisches Großplanetarium

Die Entwicklung und das Erbe des Planetariums

In den letzten hundert Jahren haben sich Wissenschaft und Technologie rasant entwickelt und auch Planetarien haben mit dem Wandel der Zeit eine Reihe von Revolutionen ausgelöst. Im Jahr 1983 brachte das amerikanische Unternehmen ISV ein digitales Astronomiesystem auf den Markt, das den traditionellen optischen Projektionsmodus vollständig aufgab und Computertechnologie nutzte, um ein digitales Planetarium mit Computergrafik zu erstellen. Heute ist die Kombination aus optischen Planetarien und digitalen astronomischen Systemen die vorherrschende Form astronomischer Präsentationen in modernen Großplanetarien.

Themenplakat zum 100-jährigen Jubiläum des Planetariums

Rückblickend auf die Geschichte ist das Planetarium die klassischste Ausstellungsstätte in einem Planetarium. Das Planetarium, ein Gerät mit einer langen Geschichte astronomischer Demonstrationen, wurde 1923 vom Deutschen Carl Zeiss erfunden. 1925 führte das Planetarium des Deutschen Museums der Öffentlichkeit erstmals einen künstlichen Sternenhimmel vor. Von 1923 bis 2023 haben Planetarien und Planetariumsanlagen eine hundertjährige Entwicklung und Vererbung durchlaufen. Heutige Planetarien haben die jeweiligen Eigenschaften optischer Projektion und digitaler astronomischer Systeme integriert und können den Sternenhimmel jederzeit und überall realistisch darstellen. Demonstrieren Sie die grundlegende scheinbare Bewegung von Himmelskörpern, einschließlich der scheinbaren Tages- und Jahresbewegung. die scheinbare Bewegung der Sonne, des Mondes und der großen Planeten; den Einfluss der Präzession zeigen; stellen Sie die Milchstraße, die Große und Kleine Magellansche Wolke, berühmte Deep-Sky-Objekte, veränderliche Sterne und visuelle Doppelsterne realistisch dar; zeigen Sie die Veränderungen der Mondphasen und Himmelsphänomene wie Mondfinsternisse, Perigäum-Vollmonde, Meteorschauer usw. realistisch an; kann auch Panoramabilder von Stadtlandschaften, Naturszenerien usw. projizieren, einschließlich Dämmerungsschatten, Polarlichtern, Zodiakallicht und atmosphärischen Effekten, die städtische Lichtverschmutzung simulieren; zeigen Sie die Linien, Muster und chinesischen Namen der 88 Sternbilder am Himmel sowie die Linien, Muster und chinesischen Namen alter chinesischer Sternbilder an; Anzeige des grundlegenden astronomischen Koordinatensystems (Äquator, Horizont, Ekliptik und ihre Skalenwerte usw.).

Wann haben Sie das letzte Mal einen sternenklaren Nachthimmel gesehen? Der Sternenhimmel kann den Menschen ein Gefühl von innerem Frieden und Glück vermitteln. Es ist der Ausgangspunkt menschlicher Neugier und Entdeckergeistes. Aufgrund der durch die soziale Entwicklung verursachten Luft- und Lichtverschmutzung ist es für Stadtbewohner jedoch schwierig geworden, den Sternenhimmel zu sehen. Die ursprüngliche Absicht bei der Einrichtung des Planetariums besteht darin, mithilfe spezieller optischer und digitaler Projektionstechnologie den natürlichen Sternenhimmel realistisch zu simulieren und dem Publikum zu ermöglichen, unter dem reinen Sternenhimmel zur Ruhe zu kommen und Ehrfurcht und Besinnung auf das Universum zu entwickeln.