Mechanismus von Antikythera

Der Mechanismus von Antikythera sind die Überreste einer antiken griechischen Maschine aus Bronzezahnrädern in einem Holzgehäuse. Durch Drehen einer kleinen Handkurbel konnte der Nutzer eine Reihe von Zeigern vorwärts oder rückwärts in der Zeit bewegen und astronomische Informationen ablesen: wo Sonne und Mond im Tierkreis standen, welche Mondphase herrschte, welcher Monat es in mehreren Kalendern war und ob eine Finsternis zu erwarten war.

Er wird oft der älteste bekannte Analogcomputer genannt. Das bedeutet nicht, dass er wie ein moderner elektronischer Computer arbeitete. Er war „analog“, weil er die Zyklen des Himmels durch die Drehung von Rädern darstellte: Das Verhältnis zwischen den Zähnezahlen seiner Zahnräder gab die Verhältnisse zwischen astronomischen Perioden wieder. Sobald die Zahnräder eingestellt waren, geschah die Berechnung mechanisch.

Das Objekt ist nach der kleinen griechischen Insel Antikythera benannt, zwischen Kreta und der Peloponnes, vor der es in einem gesunkenen Schiff gefunden wurde. Nur etwa ein Drittel davon ist erhalten, in 82 Fragmenten, doch moderne Bildgebung hat es Forschern erlaubt, weitgehend zu rekonstruieren, wie er funktionierte.

Um Ostern 1900 machten Schwammtaucher von der Insel Symi unter Kapitän Dimitrios Kontos bei Antikythera Halt, um auf günstige Winde zu warten. Bei einem Tauchgang auf etwa 45 Meter Tiefe fand einer von ihnen einen Haufen Bronze- und Marmorstatuen auf dem Meeresboden. Mit Hilfe der griechischen Marine bargen Taucher zwischen Ende 1900 und 1901 viele Objekte: Statuen wie den Bronzejüngling von Antikythera, einen Bronzekopf, bekannt als „der Philosoph“, Marmorfiguren, Keramik, Glaswaren, Schmuck und Münzen.

Der Mechanismus kam 1901 als korrodierter Klumpen aus Bronze und Holz herauf und wurde mit den anderen Funden ins Archäologische Nationalmuseum in Athen gebracht. Das Museumspersonal war mit dem Wiederzusammensetzen der Statuen beschäftigt, und der Klumpen wurde nicht behandelt; beim Trocknen riss und schrumpfte die korrodierte Bronze. Am 17. Mai 1902 bemerkte der Archäologe Valerios Stais, zusammen mit seinem Cousin, dem Politiker Spyridon Stais, ein Zahnrad, das in einem der Stücke eingebettet war.

Das Schiff selbst war ein Handelsschiff aus römischer Zeit, das im zweiten Viertel des ersten Jahrhunderts v. Chr. sank. Münzen, die das Team von Jacques Cousteau 1976 fand, wurden zwischen etwa 76 und 67 v. Chr. geprägt, und die Keramik weist auf dieselbe Zeit hin, sodass das Wrack gewöhnlich auf etwa 70–60 v. Chr. datiert wird. Woher das Schiff kam und wohin es fuhr, vielleicht Richtung Italien, bleibt unsicher.

Die Vorderseite des Mechanismus hatte eine große runde Skala mit zwei Ringen. Der innere Ring war mit den zwölf Tierkreiszeichen markiert, von denen jedes einen gleichen 30-Grad-Sektor einnahm. Der äußere Ring war ein Kalender mit Monatsnamen aus dem ägyptischen Kalender, geschrieben in griechischen Buchstaben; drei davon, Pachon, Payni und Epiphi, sind erhalten.

Zeiger bewegten sich um diese Skala, um die Position der Sonne (die auch das Datum markierte) und des Mondes anzuzeigen. Der Mondzeiger bewegte sich nicht mit gleichmäßiger Geschwindigkeit: Er beschleunigte und verlangsamte sich, genau wie der wirkliche Mond wegen seiner elliptischen Umlaufbahn. Eine kleine Kugel, halb hell und halb dunkel, drehte sich, um die Mondphase zu zeigen.

Um die Skalen herum lief ein Parapegma, ein Sternkalender, der die Auf- und Untergänge heller Sterne im Laufe des Jahres auflistete, verknüpft mit Buchstaben auf der Tierkreisskala. Inschriften auf dem vorderen Deckel beschreiben zudem die fünf in der Antike bekannten Planeten, Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn, was stark nahelegt, dass die Vorderseite einst auch deren Positionen zeigte, obwohl die Zahnräder dafür verloren sind.

Die Rückseite des Mechanismus hatte zwei große Spiralskalen und mehrere kleinere. Die obere Spirale mit fünf Windungen zeigte den Metonischen Zyklus: 235 Mondmonate, die fast genau in 19 Sonnenjahre passen. Das erlaubte es, einen auf dem Mond basierenden Kalender im Einklang mit den Jahreszeiten zu halten. Die Monatsnamen darauf erwiesen sich als zu einem korinthischen Kalendertyp gehörend.

Die untere Spirale mit vier Windungen zeigte den Saros-Zyklus von 223 Mondmonaten, etwa 18 Jahre und 11 Tage, nach dem sich Finsternisse in einem ähnlichen Muster wiederholen. Kleine Symbole (Glyphen) in den Zellen markierten Monate, in denen eine Sonnen- oder Mondfinsternis zu erwarten war, mit Tageszeit. Eine kleine Skala daneben, die Exeligmos-Skala, zeigte, wie viele Stunden hinzuzufügen waren, da jeder Saros-Zyklus etwa acht Stunden länger ist als eine ganze Anzahl von Tagen.

Eine weitere kleine Skala folgte einem vierjährigen Zyklus panhellenischer Sportfeste: den Olympischen, Pythischen, Isthmischen und Nemeischen Spielen sowie den kleineren Naa-Spielen von Dodona und der Halieia von Rhodos. Es ist der einzige Zeiger, der gegen den Uhrzeigersinn lief. Seine Anwesenheit zeigt, dass es beim Mechanismus um menschliche Zeit, Feste und Kalender ging, nicht nur um Astronomie.

Die Kurbel drehte ein großes, vierspeichiges Zahnrad (von Forschern b1 genannt) einmal pro Jahr. Von dort trieben Ketten kleinerer Zahnräder die anderen Zeiger mit Geschwindigkeiten an, die durch die Verhältnisse ihrer Zähne festgelegt waren. Zum Beispiel ergibt die Zahnradkette für die Metonische Skala eine Periode von etwa 6.939,5 Tagen für die volle Spirale, sehr nahe am modernen Wert von 6.939,69 Tagen; die Saros-Kette ergibt etwa 1.646,3 Tage pro Umdrehung des Zeigers gegenüber einem modernen Wert von 1.646,33.

Das bemerkenswerteste Merkmal ist die Mondgetriebe. Zwei Zahnräder sind übereinander auf einer Drehscheibe montiert; eines hat einen Stift, der in einen Schlitz des anderen greift. Da die beiden Achsen leicht versetzt sind, beschleunigt und verlangsamt sich die Ausgabe einmal pro Mondmonat. Diese Stift-Schlitz-Vorrichtung reproduziert mechanisch die mit dem Astronomen Hipparchos verbundene Theorie der Mondbewegung, und die Drehscheibe selbst rotiert langsam, um die allmähliche Verschiebung der Mondumlaufbahn nachzubilden, einen Zyklus von etwa 8,88 Jahren. Es ist die früheste bekannte Verwendung von epizyklischer Verzahnung.

Die Zahnradzähne sind kleine, von Hand geschnittene gleichseitige Dreiecke mit einem durchschnittlichen Abstand von etwa 1,6 Millimetern, auf Rädern von etwa 1,4 Millimetern Dicke. Ihre Unregelmäßigkeit zeigt, dass sie mit Handwerkzeugen hergestellt wurden. Eine solche handgefertigte Verzahnung hätte Spiel und Reibung verursacht, die die Genauigkeit der feinsten Korrekturen begrenzten, doch die Konstruktion selbst ist außergewöhnlich ausgeklügelt.

Der Mechanismus verbindet zwei astronomische Traditionen. Aus der babylonischen Astronomie stammten lange Periodenverhältnisse, Zyklen mit ganzen Zahlen wie der Saros und die für die Planeten verwendeten Verhältnisse, entdeckt über Jahrhunderte der Beobachtung, aufgezeichnet auf Tontafeln. Die Studie von 2006 zeigte, dass die Finsternisvorhersagen auf babylonischer Rechenzyklen beruhten.

Aus der griechischen Astronomie stammten geometrische Modelle, die unregelmäßige Bewegungen mit Kreisen und Epizykeln erklärten, wie die Mondtheorie des Hipparchos. Der Mechanismus verwandelte diese Modelle in bewegliche Teile und schuf so ein physisches Modell eines griechischen Kosmos mit der Erde im Zentrum.

2016 lasen Forscher Zahlen auf der Inschrift des vorderen Deckels, die Zyklen für Venus (462 Jahre) und Saturn (442 Jahre) angeben. Die Rekonstruktion von 2021 durch Tony Freeths Team am University College London argumentierte, dass diese Perioden mit einer Methode der Kombination von Periodenverhältnissen abgeleitet worden sein könnten, die sie mit Mathematik in Verbindung brachten, die mit Platons Akademie assoziiert wird, und nutzte sie, um kompakte Zahnradketten für alle fünf Planeten zu entwerfen.

Kein Name eines Herstellers ist erhalten. Die Inschriften sind griechisch, die Astronomie hellenistisch, und die Verarbeitung deutet auf eine geübte Tradition statt eine einzelne glückliche Erfindung hin: Der Mechanismus ist zu ausgereift, um der erste seiner Art zu sein, es muss also Vorgänger gegeben haben, die heute verloren sind.

Mehrere Orte wurden vorgeschlagen. Rhodos war ein Zentrum für Astronomie und Ingenieurwesen, Heimat des Hipparchos und später des stoischen Philosophen Poseidonios, dem Cicero den Bau eines ähnlichen Geräts zuschreibt; die Spiele-Skala enthält die rhodische Halieia, und der Sternkalender passt zu Breiten um Rhodos. Der Kalender vom korinthischen Typ und die Erwähnung der Naa-Spiele von Dodona deuten auf einen Nutzer im Nordwesten Griechenlands hin, vielleicht in einer korinthischen Kolonie in Epirus. Die Studie von 2008 warf auch die Möglichkeit Syrakus, der Stadt des Archimedes, auf, doch spätere Arbeit zeigte, dass der Kalender nicht der von Syrakus sein kann. Eine Kompromissansicht legt eine Entwurfstradition aus Rhodos nahe, wobei dieses bestimmte Exemplar für einen Kunden in Epirus hergestellt wurde.

Auch die Daten variieren. Derek de Solla Price schlug etwa 87 v. Chr. vor; andere argumentieren für 150–100 v. Chr.; eine Studie von 2014 setzte das Startdatum der Finsternis-Skala auf 205 v. Chr., und ein Vorschlag von 2022 legte die anfängliche Kalibrierung auf 178 v. Chr. Ein Kalibrierungsdatum ist nicht notwendigerweise ein Baudatum. Alle sind sich nur einig, dass er hergestellt wurde, bevor das Schiff sank, etwa 70–60 v. Chr.

Antike Autoren erwähnen Geräte, die die Bewegungen des Himmels zeigten. In seinem Dialog Über den Staat (54–51 v. Chr.) beschreibt Cicero zwei kugelartige Modelle des Archimedes, die der römische General Marcellus nach der Belagerung von Syrakus 212 v. Chr. mitbrachte, wovon eines Sonne, Mond und Planeten zeigen konnte. Cicero sagt auch, dass sein Freund Poseidonios kürzlich ein Gerät gebaut habe, dessen Umdrehungen die täglichen Bewegungen von Sonne, Mond und fünf Planeten nachbildeten.

Pappos von Alexandria schreibt Jahrhunderte später, Archimedes habe ein verlorenes Buch Über den Bau von Sphären verfasst. Spätere lateinische und griechische Autoren, von Laktanz bis Proklos, erwähnten weiterhin die Sphäre des Archimedes. Diese Texte zeigen, dass solche Instrumente bekannt und bewundert waren, obwohl der Mechanismus von Antikythera selbst mit keinem davon identifiziert werden kann.

Unter den erhaltenen Objekten erscheinen Maschinen ähnlicher Komplexität erst wieder etwa 1.500 Jahre später, in den europäischen astronomischen Uhren des vierzehnten Jahrhunderts von Richard von Wallingford und Giovanni de’ Dondi. Ob eine durchgängige Tradition von Zahnradgeräten die Antike mit diesen Uhren verband, ist ungewiss, da die dazwischenliegenden Belege spärlich sind.

Nach Stais' Identifikation bezweifelten viele Gelehrte, dass das Objekt antik sein könne, weil es viel zu komplex erschien. Der deutsche Philologe Albert Rehm war der Erste, der klar argumentierte, es sei ein astronomischer Rechner. Ernsthafte Forschung setzte wieder ein, als sich der Wissenschaftshistoriker Derek J. de Solla Price 1951 des Problems annahm; mit dem griechischen Physiker Charalampos Karakalos machte er 1971 Röntgen- und Gammastrahlenaufnahmen, und 1974 veröffentlichte er Gears from the Greeks, mit einer ersten Gesamtrekonstruktion.

2002 baute der Maschinenbauingenieur Michael Wright das erste funktionierende Modell mit den bekannten Zahnrädern und seiner eigenen vorgeschlagenen Planetenanzeige; er entdeckte auch den Mondphasen-Mechanismus. Ab 2005 nutzte das Antikythera Mechanism Research Project, mit einem Team der Cardiff University unter Mike Edmunds zusammen mit griechischen Kollegen, hochauflösende Oberflächenbildgebung und Mikrofokus-Röntgencomputertomografie, um in die Fragmente hineinzusehen. Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in Nature 2006 und 2008, verdoppelten die Zahl der entzifferten Inschriften und klärten die Skalen auf der Rückseite.

Spätere Arbeit hat sich auf die verlorene vordere Verzahnung konzentriert. 2021 veröffentlichte das UCL Antikythera Research Team ein vollständiges vorgeschlagenes Modell der Planetenanzeige und argumentierte, frühere Rekonstruktionen passten nicht zu allen Belegen. Andere Forscher testen weiterhin Alternativen, etwa zur Anzahl der Unterteilungen auf dem vorderen Kalenderring.

Der Mechanismus veränderte unser Bild der antiken Technik. Vor seiner Entzifferung nahmen Historiker an, feine Zahnradmechanik habe erst mit dem mittelalterlichen Uhrwerk begonnen. Er zeigt, dass hellenistische Handwerker komplexe Zahnradketten miniaturisieren konnten und dass Astronomen ihre Theorien sichtbar und nutzbar machen wollten.

Er zeigt zudem, wie antike Wissenschaft kulturübergreifend funktionierte: babylonische numerische Astronomie, griechische geometrische Modelle sowie ägyptische und griechische Kalender wurden in einem einzigen Objekt zusammengeführt. Seine Spiele-Skala und Kalender erinnern uns daran, dass Astronomie dem sozialen Leben diente, von der Festlegung von Festen und religiösen Terminen bis hin, möglicherweise, zu Astrologie und Lehre.

Die Populärkultur behandelt den Mechanismus manchmal als ein Rätsel, das Außerirdische, Zeitreisen oder verlorene Hochkulturen zur Erklärung braucht. Gelehrte sehen ihn stattdessen als das Produkt einer bekannten geistigen Welt, deren andere Beispiele zufällig nicht erhalten sind; Bronze wurde gewöhnlich eingeschmolzen und wiederverwendet, sodass ein Schiffswrack bewahrte, was die gewöhnliche Geschichte zerstörte. Er kam in Dokumentarfilmen vor und, in fiktionalisierter Form, im Film Indiana Jones und das Rad des Schicksals (2023).

Die Skalen der Rückseite sind heute gut verstanden, doch die Vorderseite bleibt umstritten, weil der größte Teil ihrer Verzahnung fehlt. Der Raum zwischen dem Hauptzahnrad und der vorderen Platte, Merkmale des vierspeichigen Rades und die Inschriften deuten alle auf weitere Zahnräder hin. Wrights Modell von 2002 fügte einen „wahren Sonne“-Zeiger und Zeiger für alle fünf Planeten hinzu. Evans, Carman und Thorndike (2010) deuteten stattdessen die unregelmäßige Abstände der Tierkreisskala als Beleg für eine exzentrische Sonnenanzeige und schlugen einfachere Skalen für die Planeten vor. Freeth und Jones (2012) schlugen kompakte Planetenketten mit Stift-Schlitz-Vorrichtungen ähnlich dem Mondmechanismus vor; das UCL-Modell von 2021, mit insgesamt Dutzenden Zahnrädern und acht koaxialen Ausgängen, leitet die Zähnezahlen aus Periodenverhältnissen mit kleinen Primfaktoren ab und teilt Zahnräder zwischen Planeten.

Rekonstruktionen müssen enge physikalische Beschränkungen erfüllen: die Dicke der erhaltenen Platten, die Positionen von Lagern und Stützen sowie die Texte der „Bedienungsanleitung“ auf dem Rückdeckel, die eine Anzeige in Ringen mit Planeten als „kleine Kugeln“ und der Sonne als „kleine goldene Kugel“ beschreibt. Kritiker weisen darauf hin, dass jedes vollständige Modell Annahmen über verlorene Teile beinhaltet, sodass keines bewiesen werden kann; die Modelle werden am besten als Hypothesen betrachtet, die den Belegen mehr oder weniger gut entsprechen.

Der vordere Kalenderring ist ein weiterer Fall. Man nahm lange an, er habe 365 Unterteilungen für das ägyptische Sonnenjahr, doch statistische Analysen der erhaltenen Löcher unter dem Ring (Budiselic und Kollegen 2020, gefolgt von unabhängigen Studien) legen etwa 354 Intervalle nahe, was auf einen Mondkalender hindeutet. Falls richtig, ändert dies, wie die vordere Skala genutzt wurde, obwohl die ägyptischen Monatsnamen rätselhaft bleiben.

Die Datierung des Mechanismus verbindet mehrere Arten von Belegen. Das Wrack liefert einen terminus ante quem: seine Münzen (geprägt etwa 76–67 v. Chr.) und die Keramik setzen das Sinken auf etwa 70–60 v. Chr., während ein Radiokarbondatum aus Rumpfholz (220 v. Chr. ± 43 Jahre) als Hinweis auf altes Holz gilt. Die astronomische Datierung versucht, den Moment zu finden, in dem die Skalen kalibriert wurden: Carman und Evans argumentierten 2014, das Finsternismuster der Saros-Skala passe am besten zu einem Beginn 205 v. Chr.; andere bevorzugen 204 oder 178 v. Chr. Solche Daten kennzeichnen eine in den Entwurf eingebaute Epoche, die von einem älteren Modell übernommen worden sein könnte.

Herkunftsargumente stützen sich auf Kalender und Feste. Der Nature-Aufsatz von 2008 identifizierte alle zwölf Monatsnamen des Metonischen Kalenders als korinthisch, was auf korinthische Kolonien im Nordwesten Griechenlands oder Syrakus hindeutete. Paul Iversens Studie von 2017 über den Kalender und die Spiele-Skala argumentierte, der Prototyp stamme aus Rhodos, doch dieses Exemplar sei für einen Kunden in Epirus angepasst worden, unter Verwendung eines epirotischen Kalenders, und sei nicht früher als eine Generation vor dem Wrack hergestellt worden, eine Ansicht, die im selben Jahr von Alexander Jones unterstützt wurde.

Methodisch ist der Mechanismus ein Musterbeispiel für die Zusammenarbeit zwischen Archäologie, Epigrafik, Astronomiegeschichte, Ingenieurwesen und Bildgebungswissenschaft. Ein Großteil des Textes war unsichtbar, bis Röntgen-CT es Forschern erlaubte, Buchstaben von wenigen Millimetern Höhe innerhalb korrodierter Schichten zu lesen. Zugleich ist die Forschungsgeschichte eine Mahnung: Selbstsichere Rekonstruktionen wurden wiederholt überarbeitet, als neue Lesungen auftauchten, und manche Fragmente warten möglicherweise noch in Museumsdepots auf ihre Identifizierung, wie Fragment F bis 2005.