Der Antikythera-Mechanismus: der antike griechische Computer, der die Sterne kartiert

Stellen Sie sich vor, in einem Zeitalter lange vor der miniaturisierten Elektronik, eine tragbare Maschine, die die Größe und Form eines Schuhkartons hat, die ein bewegtes Bild des Kosmos zeigt, mit der Sonne, dem Mond und den Planeten, die mit stark beschleunigter Geschwindigkeit kreisen, so dass Sie mit ein paar Drehungen eines Knopfes sehen können, wo sie am Himmel an einem gewählten Datum Jahre in der Zukunft oder Vergangenheit sein würden. Es klingt wie eine Fantasiegeschichte, aber der mysteriöse Antikythera-Mechanismus zeigt, dass diese Geräte tatsächlich gebaut wurden, und zwar vor über 2.000 Jahren.

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Exquisite Geräte wie dieses wurden in einer griechischen Werkstatt irgendwo im östlichen Mittelmeer vor etwa 2.100 Jahren oder mehr hergestellt. Eines von ihnen verunglückte unglücklich – jedenfalls für seinen Besitzer, aber zum Glück für uns, denn aus seinen zertrümmerten Überresten können wir viel über die antike griechische Wissenschaft und ihr öffentliches Gesicht lernen.

Das Unglück ereignete sich um 60 v. Chr. vor der Insel Antikythera in der Meerenge zwischen Kreta und dem Peloponnes: Ein mit Bronze- und Marmorstatuen und anderen Luxusobjekten beladenes Schiff, das auf dem Weg von der Ägäis zu Zielen im westlichen Mittelmeer war, erlitt einen heftigen Schiffbruch.

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Ein Team von griechischen Schwammtauchern entdeckte das Schiffswrack im Jahr 1900, und im Laufe des nächsten Jahres bargen sie unter Aufsicht der griechischen Regierung, was sie konnten. Zu den letzten Gegenständen, die die Taucher zu Tage förderten, gehörten ein paar scheinbar unscheinbare Stücke aus korrodierter Bronze, insgesamt weniger als ein Kilogramm, die zusammen mit anderen nicht identifizierten metallischen Fragmenten des Wracks monatelang unbeachtet in einem Lagerraum des Nationalen Archäologischen Museums in Athen liegen sollten, bis ein zufälliger Besucher des Museums Zahnräder und eine eingravierte griechische Schrift darauf entdeckte.

Die drei größten der 82 Fragmente des Antikythera-Mechanismus im Nationalen Archäologischen Museum, Athen © Weekend Wayfarers/Flickr

Nie zuvor war ein vergleichbares Gerät aus der griechisch-römischen Antike ans Licht gekommen, und eine Zeit lang tobte eine Debatte darüber, um was für ein Instrument es sich handelt. Ein oder zwei kaum lesbare Worte, die auf einem Fragment eingraviert waren, deuteten auf einen Zusammenhang mit der Astronomie hin, aber darüber hinaus konnten sich die Archäologen und andere Wissenschaftler, die es untersuchten, nicht über seine Natur und seinen Zweck einigen, oder ob es ein Navigationswerkzeug oder ein Teil der Schiffsladung war.

Bislang war es fast vergessen und lag einige Jahre in einer Vitrine und noch länger im Lager des Museums. Dann, in den 1950er bis 1970er Jahren, erkannte der anglo-amerikanische Wissenschaftshistoriker Derek de Solla Price, dass es sich um etwas von einzigartiger historischer Bedeutung handeln musste, und schuf einen Rahmen für das Studium des Antikythera-Mechanismus (wie er ihn nannte und wie er seither bekannt ist), der ihn nach und nach als das komplexeste, informationsreichste Artefakt griechischer Technologie und Wissenschaft entlarvte, das wir besitzen.

Price erkannte, dass die Fragmente, so beschädigt und unvollständig sie auch sind, dennoch die meisten ihrer mechanischen Komponenten in ihrer ursprünglichen Anordnung bewahren, so dass man durch genaues Studium der Fragmente, kombiniert mit Informationen aus den eingeschriebenen Texten, zumindest ein teilweises Wissen sowohl über das Äußere als auch über die innere Funktionsweise erlangen könnte.

Jetzt war klar, dass der Antikythera-Mechanismus, wenn er intakt war, ein Kasten mit hölzernem Deckel, Boden und Seiten war, der Bronzeplatten auf der Vorder- und Rückseite einrahmte; diese Platten trugen mehrere Zifferblätter, und Zeiger auf den Zifferblättern zeigten zeitliche Zyklen und periodisch wiederkehrende astronomische Phänomene an. Alles wurde durch eine Antriebsbewegung über eine drehbare Welle an der Seite des Kastens angetrieben, die den Lauf der Zeit darstellte.

Falschfarben-Tomographie-Bild, das einige der Schichten der Zahnräder im größten Fragment zeigt. © X-Tek Systems/Nikon Metrology

Da aber viele Komponenten im Inneren der Fragmente verborgen waren, wäre eine Röntgenaufnahme unerlässlich, um das Projekt der Rekonstruktion abzuschließen. In Zusammenarbeit mit dem griechischen Physiker Haralambos Karakalos erstellte Price Röntgenaufnahmen der wichtigsten Fragmente, auf deren Grundlage er versuchte herauszufinden, was jedes Zifferblatt anzeigte und welches System von Zahnrädern seine Zeiger antrieb.

Unser heutiges Verständnis des Antikythera-Mechanismus ist viel vollständiger und sicherer als das von Price, dank der Kampagnen zur Untersuchung und Datensammlung von Michael T. Wright und Allan Bromley in den 1990er Jahren und des Antikythera Mechanism Research Project (AMRP) im Jahr 2005. Wright und Bromley fanden Wege, dreidimensionale Informationen über das Innere der Fragmente aus Röntgenaufnahmen zu extrahieren, während das AMRP hochauflösende Röntgen-Computertomographie sowie Reflexionstransformationstomographie (RTI) erhielt.

Die neuen Daten lieferten eine viel bessere Darstellung von Zahnrädern, Zifferblättern und anderen physikalischen Merkmalen sowie von den Texten, die auf und um die Zifferblätter herum eingraviert sind – Material, das nun von Forschern aus einer Reihe von Disziplinen wie Astronomie und Mathematik, Wissenschaftsgeschichte und Klassik genutzt wird, um Price‘ Rekonstruktion zu korrigieren und zu vervollständigen.

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Was also war der Antikythera-Mechanismus? Eine Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist eine Art dynamischer visueller Führer zur Astronomie für den Laien – Astronomie, wie sie ein griechischer Intellektueller um 100 v. Chr. verstanden hätte.

Wir können damit beginnen, die Rückseite zu betrachten, die zwei große Zifferblätter mit spiralförmigen Schlitzen und Zeigern mit variablem Radius trug, die in Stiften endeten, die entlang der Schlitze liefen. Diese Spiralen waren eine Möglichkeit, die Skala eines Zifferblatts zu strecken, um Platz für die Beschriftung mit vielen Informationen zu schaffen.

Die obere Spirale macht zum Beispiel fünf Umdrehungen, und die Skala, die entlang der Außenseite des Schlitzes verläuft, ist in 235 Felder unterteilt, von denen jedes gerade groß genug ist, um den gewünschten Text zu enthalten. Anstatt den Zeiger in dem durch das Zifferblatt dargestellten Zyklus einmal umlaufen zu lassen, war das Räderwerk so angeordnet, dass der Zeiger fünfmal umlaufen konnte, und wenn der Stift das Ende des Schlitzes erreichte, musste der Bediener ihn manuell an den Anfang zurücksetzen.

Dieses Zifferblatt stellte den Kalender dar, der in einem bestimmten Ort verwendet wurde, der als eine der Städte in der Region im Nordwesten Griechenlands namens Epirus identifiziert werden kann. Die alten Griechen hatten viele regionale Kalender, aber alle hatten gemeinsam, dass die Monate ungefähr auf die Mondphasen abgestimmt waren. Die Jahre bestanden manchmal aus zwölf, manchmal aus dreizehn Monaten, so dass bestimmte Monate immer ungefähr auf die gleichen Jahreszeiten fielen.

Rekonstruktion der Vorder- und Rückseiten des Mechanismus, einige Details ausgelassen © Alexander Jones

Der Astronom Meton von Athen aus dem fünften Jahrhundert v. Chr. hatte einen sich wiederholenden 19-Jahres-Zyklus vorgeschlagen (der auch im alten Babylonien und China bekannt war), in dem elf der Jahre zwölf Monate und acht Jahre dreizehn hatten, insgesamt also 235. Auf dem Mechanismus markierte das „Metonische Zifferblatt“ genau, wo jeder Monat und jedes Jahr dieses Zyklus begann und endete, und welche Monate 29 oder 30 Tage hatten. Ergänzend zu dieser Darstellung lokaler praktischer Astronomie zählte ein kleines, in die Spirale eingelassenes Zifferblatt die Jahre im Vierjahreszyklus ab, der sportliche Feste wie die Olympischen Spiele regelte, die in der gesamten griechischen Welt verehrt wurden.

Während die obere Spirale der Rückseite einen Sonne-und-Mond-Zyklus darstellte, dessen Bedeutung sozialer Natur war, regelte der Zyklus der unteren Spirale spektakuläre Phänomene, die Sonne und Mond betrafen und von denen man weithin glaubte, dass sie Zeichen waren, aus denen man Ereignisse vorhersagen konnte, die Regionen und Völker betrafen, nämlich Finsternisse.

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Jahrhundertelang hatten griechische Astronomen Mondfinsternisse als durch den Eintritt des Mondes in den Erdschatten und Sonnenfinsternisse als durch den auf die Erde fallenden Mondschatten verursacht erklärt, aber der Mechanismus versuchte nicht, diese optischen Bedingungen zu zeigen, sondern nur die Tatsache, dass die Bedingungen, die Finsternisse möglich machen, ungefähr nach 223 Mondmonaten wiederkehren (ein Zeitraum, der jetzt „Saros“ genannt wird). Daher war die Skala des „Saros-Zifferblatts“ in 223 Zellen unterteilt, von denen einige stark verkürzte Aussagen enthielten, dass eine Mondfinsternis oder eine Sonnenfinsternis oder beides während des angezeigten Monats stattfinden könnte – leere Zellen bedeuteten finsternisfreie Monate.

Das Umdrehen von der Rück- zur Vorderseite hätte den Betrachter von den Zyklen der Zeit zur Kosmologie in Bewegung geführt. Das einzige Zifferblatt auf der Vorderseite kombinierte zwei Perspektiven auf das System der Himmelskörper: Es zeigte mit Hilfe von Zeigern entlang einer Skala, die den Tierkreis darstellte und in 360 Grad unterteilt war, wo sich Sonne, Mond und Planeten zu jedem Zeitpunkt zu befinden schienen, und bot gleichzeitig ein vereinfachtes Querschnittsbild des Kosmos, wie von außen gesehen.

Eine mögliche Reiseroute für das antike Schiff mit dem Antikythera-Mechanismus © Alexander Jones/d-maps.com

Die Kosmologie war geozentrisch, wobei die Erde von einer Reihe verschachtelter Kugelschalen umgeben war, die in der Reihenfolge zunehmender Entfernung zu Mond, Merkur, Venus, Sonne, Mars, Jupiter, Saturn und den Sternen gehörten. Auf dem Zifferblatt scheinen diese als ringförmige Räume zwischen eingravierten konzentrischen Kreisen dargestellt worden zu sein, und die Himmelskörper selbst als kleine kugelförmige Anhängsel an den Zeigern, jeder mit einem unterscheidenden Material und einer Farbe.

Die scheinbaren Bewegungen der Himmelskörper durch den Tierkreis variieren in der Geschwindigkeit und (im Falle der Planeten) kehren periodisch die Richtung um. Um den Effekt der ungleichmäßigen Bewegung mechanisch zu reproduzieren, waren spezielle Vorrichtungen erforderlich, bei denen ein Stift an einem sich drehenden Zahnrad befestigt ist und in der Perforation eines geschlitzten Arms oder Zahnrads hin und her gleitet. Ein solches Stift-Schlitz-Gerät für den Mond ist im größten Fragment erhalten, aber das Räderwerk für die Planeten ist größtenteils oder ganz verloren.

Instrumente wie der Antikythera-Mechanismus, die High-End-Technologie und Metallverarbeitung einsetzten, um die Komplexität der Wissenschaft zu veranschaulichen, waren in der griechisch-römischen Welt wahrscheinlich Raritäten, und bei den meisten wurde das Metall recycelt, wenn sie nicht mehr funktionierten und nicht mehr gebraucht wurden. Wir haben Glück, dass wir dieses Exemplar haben, das durch eine antike Katastrophe gerettet wurde.

A Portable Cosmos: Revealing the Antikythera Mechanism, Scientific Wonder of the Ancient World von Alexander Jones ist jetzt erschienen (£16.99, Oxford University Press)

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