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Die Rolle der Astronomie im Mittelalter war vorgegeben durch Fragen des Festkalenders. Wohl spielten auch immer astrologische Fragen mit eine Rolle, und die Auffassung von Himmelserscheinungen als Vorzeichen war weitverbreitet eine selbstverständliche Annahme. Die Sterne wurden oft als von Engeln direkt nach Gottes Willen bewegt angesehen. Die Kirche lehnte aber astrologische Spekulation ab, und die Astronomie als Teil des Quadrivium diente vornehmlich der Datierung. Damit sind bereits alle Beobachtungen zu den Planeten ausgeschlossen, die auf den Kalender ja keinen Einfluss nehmen. Die Festsetzung der beweglichen Feriertage verlangte aber eine genaue Kenntnis der Bewegungen von Sonne und Mond. Beda hatte um 700 den 532-jährigen Osterzyklus berechnet und eine Tabelle von 532-1064 aufgestellt. Nach 1064 hätte der Zyklus zwar einfach wieder von vorne begonnen – trotzdem darf man annehmen, dass das nahende Ende von Bedas Ostertabelle erneut Interesse weckte an Fragen der Mondbewegung. Keine Rolle spielen dabei hingegen die Mond- (und Sonnen-) Finsternisse, aber mit einem genauen Verständnis der Mondbewegung kann man auch sie vorhersagen, und Hermann verfasst auch darüber ein Traktat – und belegt damit einmal mehr sein waches naturwissenschaftliches Interesse, und gleichzeitig das wissenschaftsfreundliche Klima unter Abt Bern.
Er gab eine Anleitung zur Messung des Erdumfangs, zu einer Zeit, da nicht einmal Klarheit über die Kugelgestalt der Erde herrschte (Für die eigentliche Berechnung musste er sich allerdings auf antike Angaben verlassen, und kam zu einem Resultat, das um mehr als 10% zu klein war – die Kugelform der Erde war übrigens weitgehend akzeptiert, nur einzelne Klassiker (Laktanz) sprachen sich dagegen aus, aber die Vorstellungen über die Konsequenzen (Antipoden...) waren etwas konfus).
Ebenfalls ohne eigene Beobachtung, sondern aus Quellen zum 19-jährigen metonschen Mondzyklus (29.5306d x 235 = 365.24d x 19 (Genauigkeit 0.002%)) , errechnete er die genaue Monatslänge, und kam hier zu einem Resultat, das verblüffend nahe am korrekten Wert liegt.
Von Hermanns astronomischen Arbeiten bei weitem die stärkste Wirkung hatte seine Beschreibung des Astrolabs. Während er als Musiker kaum über die Reichenau hinaus wirksam werden konnte, ist sein Name – zu recht – untrennbar mit der Bekanntwerdung des Astrolabs in Europa verbunden. Seine Anleitung ist von hohem praktischem Wert, sie ist eigentlich ein Kochrezept für die Herstellung, mit deren Hilfe jemand ein Gerät bauen kann, auch ohne die theoretischen Hintergründe verstanden zu haben.
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(Institut du Monde Arabe) |
(astrolabe.ch) |
Das Astrolabium ist ein eigentlich recht einfaches Instrument, oder genauer gesagt zwei Instrumente: Auf der Rückseite ist ein Winkelmessgerät: man kann einen Punkt anpeilen und seinen Winkel gegenüber der Waagrechten ablesen. Die Vorderseite besteht aus zwei gegeneinander verdrehbaren Scheiben und simuliert die Umdrehung der Erde um ihre Achse: Die eine Scheibe stellt die Erde dar, bzw. den Horizont eines Beobachters auf einem bestimmten Breitengrad, die andere das Firmament, bzw. sie markiert die Positionen der Fixsterne. Wenn man das ungefähre Datum kennt, und einen Stern anpeilt, dessen Position auf dem Astrolabium eingezeichnet ist, kann man damit die Uhrzeit bestimmen. Ein zusätzlicher Zeiger markiert die Position der Sonne, die somit tagsüber angepielt werden kann.
Trotz des vergleichbar simplen Gebrauchs ist die Konstruktion eines Astrolabs alles andere als trivial: Muss doch die Himmels-sphäre auf die flache Metallscheibe projiziert werden. Die mathematischen Grundlagen dazu waren seit der griechischen Antike bekannt (Hipparchus, 2. Jh. v. Chr., derselbe entdeckte auch die Präzession der Erdachse), aber die stereographische Projektion wird erst von Ptolemaios beschrieben (um 150 n. Chr., wobei es nicht belegbar ist, ob er selber schon ein Astrolab baute). Die frühesten Beschreibungen von eigentlichen Astrolabien stammen von um 400. Über arabische Übersetzungen der griechischen Texte erreicht das Astrolabium im 8./9. Jh. die islamische Welt, wo es Wichtigkeit erlangt zur Bestimmung der Gebetszeiten und der Lage von Mekka.
In der arabischen Welt waren spätestens im 10. Jh. die theoretischen Hintergründe geklärt. Der Astronom Al-Battani (lat. Albatenius) schrieb um 920 sein Kitab az-Zig (57 Kapitel), das neben der stereographischen Projektion die Winkelfunktionen erklärt, und sich so von den umständlicheren chorda der griechischen Mathematik löst. Dieses Buch erscheint in lateinischer Übersetzung im Abendland im 12. Jh.(De Motu Stellarum von Plato Tiburtinus (Tivoli), 1116) und bildet die Grundlage der Trigonometrie mit den Winkelfunktionen (Sinus, Cosinus) wie wir sie heute in der Schule lernen; zu Hermanns Zeit muss es hierzulande noch unbekannt gewesen sein. Hermann hatte also nicht das mathematische Rüstzeug zum Beweis der Korrektheit der Konstruktion, aber im Gegensatz zu seinen Vorlagen hat er immerhin den Konstruktionsvorgang in seiner Logik begriffen und stellt ihn sehr klar und effizient dar.
Soweit wir die Überlieferung nachvollziehen können, stammt die erste Übersetzung arabischer Sternkunde von Lupitus von Barcelona. 984 bittet Gerbert von Aurillac (der spätere Papst Sylvester II., 999-1003) Lupitus um eine solche Übersetzung. 50 Jahre später zeugt die Konstruktionsanleitung des Hermannus von einem Verständnis für die Funktion des Astrolabs. Ausserdem redigiert Hermannus wahrscheinlich eine Schrift Gerberts über den Gebrauch des Geräts. Hermanns Konstruktionsanleitung wird zum Klassiker, der Reichenauer Mönch kann also das Verdienst in Anspruch nehmen, wesentlich zur Verbreitung des Astrolabs in dem auf ihn folgenden Jahrhundert beigetragen zu haben – ohne Hermanns Traktate wäre das Astrolab wohl lange ein unverstandenes fremdes Gerät geblieben und hätte kaum seine grosse Bedeutung im Mittelalter erlangt.
Wohl eine Erfindung Hermanns ist die Säulchensonnenuhr, die er horologium viatorum nennt (das Astrolabium nennt er auch einfach horologium, mit ihm kann man Tag und Nacht die Zeit ablesen, bei der Sonnenuhr nur tagsüber). Überliefert ist diese Erfindung als zusätzliches Kapitel zum wahrscheinlich von Hermann edierten Text Gerberts de utilitatibus astrolabii. Das zusätzliche Kapitel ist an einen `Bruder Werner' gerichtet (vielleicht gar Hermanns leiblicher Bruder, derselbe der 1053 auf eine Pilgerfahrt ausbüchst – `Reise-Uhr' wäre da sehr passend). Der Vorteil dieser Sonnenuhr gegenüber der uns geläufigen ist, dass nicht die Himmelsrichtung sondern die Höhe der Sonne gemessen wird. Dementsprechend muss sie auch nicht nach dem Kompass ausgerichtet werden und kann bequem mitgetragen werden (ihr Nachteil ist ihre Ungenauigkeit über die Mittagszeit, zu der die Sonnenhöhe nur langsam variiert).