Die Kenntnis regelmäßig stattfindender Tierwanderungen war bereits für die frühen Jägerkulturen wichtig.
Ein Bewusstsein für jahreszeitlich und astronomisch sich wiederholende Ereignisse, für entsprechende Zyklen seiner Umwelt, dürfte der Mensch schon sehr früh gehabt haben. Dazu gehörte der Wechsel von Tag und Nacht sowie die Mondphasen. Jahreszeitlich bedingte Klimaschwankungen spielten in der Landwirtschaft der meisten Weltregionen eine bedeutende Rolle und konnten vom Menschen spätestens in der Altsteinzeit wahrgenommen werden. Eine Beobachtung der Veränderungen des Nachthimmels sowie der Eigenbewegungen der Planeten war zu dieser Zeit ebenfalls möglich.
Schon der Turm von Jericho aus dem 9. Jahrtausend v. Chr. deutet auf die Kenntnis der Sommersonnenwende hin und jungsteinzeitliche Bauten wie etwa Stonehenge zeugen von den Bemühungen der sesshaft gewordenen Bevölkerung, die natürliche Jahreslänge und ausgewählte zyklisch wiederkehrende Himmelsereignisse wie Sonnenwende und Tag-und-Nacht-Gleiche exakt bestimmen zu können. Gerade für die Landwirtschaft war wichtig, eine von den konkreten Wetterbedingungen unabhängige Bestimmung der Zeitpunkte für Aussaat und Ernte vornehmen zu können. Mit der systematischen Himmelsbeobachtung verbunden waren religiöse Fruchtbarkeitskulte – getragen von der Hoffnung auf eine günstige Wiederkehr der Fruchtbarkeitsbedingungen. So wurden bestimmte landwirtschaftliche Termine an Feste gebunden, die wiederum an Himmelsereignisse geknüpft waren.
Für den Übergang von Jägerkulturen zum Ackerbau im Neolithikum (Jungsteinzeit) wird eine Veränderung kalendarischer Vorstellungen vom Mond- zum Sonnenkalender angenommen. Dieser Steinzeitkalender, auch neolithischer Kalender (von Alexander Thom auch megalithischer Kalender genannt) beinhaltet wohl die ältesten kalendarischen Vorstellungen der Menschheit und ist die Grundlage späterer Kalendervarianten. Analog zum Begriff der Neolithischen Revolution (Übergang zum Ackerbau) wird auch von der Neolithischen Kalender-Revolution gesprochen.
Die ältesten heute noch bekannten Kalender stammen aus den frühen Hochkulturen Ägyptens und Mesopotamiens. Hier zeigten sich schon zwei grundlegende Kalendertypen, die bis heute die meisten Kalendersysteme prägen: der an den Mondphasen orientierte Mondkalender und der astronomische Kalender, der den Lauf der Himmelskörper widerspiegelt.
Spätestens von den Babyloniern wurde der siebentägige Wochenzyklus entwickelt, der heute fast weltweit den Ablauf des Alltags regelt. In anderen Kalendern gab es ähnliche Zyklen, zwischen fünf und zehn Tagen.
Die Anpassung von Wochen und Monatsfolgen an die feste Größe des astronomischen Jahres war nicht einfach zu lösen. Es kam zur Herausbildung verschiedener Kalendersysteme.
Frühe Kalendersysteme wurden durch Beobachtung gewonnen (astronomische Kalender). Mit dem Eintritt eines bestimmten definierten Himmelsereignisses (z. B. des Neumonds oder der Tag-und-Nacht-Gleiche im Frühling) begann ein neuer Zyklus. Sie mussten regelmäßig nachgeregelt werden.
Diese Methode hatte einen entscheidenden Nachteil: In großen Herrschaftsräumen konnte ein Ereignis an unterschiedlichen Orten eventuell zu unterschiedlichen Zeiten wahrgenommen werden, so dass auch unterschiedliche Daten gezählt wurden. Wenn dagegen der Eintritt eines Ereignisses nur an einem bestimmten Ort (z. B. der Hauptstadt oder dem Haupttempel) maßgeblich war, dann konnten weit entfernt gelegene Gebiete oft erst nach Tagen davon unterrichtet werden. Solche Probleme gab es beispielsweise im früheren jüdischen Kalender, wo der Hohepriester über die erste Sichtung der Mondsichel bei Neumond entschied. Durch die langen Informationswege konnte es passieren, dass ein religiöses Fest in abgelegenen Gebieten am „falschen“ Tag gefeiert wurde. Auch war es kurz vor Monatsende nicht möglich vorherzusagen, welches Datum z. B. in sieben Tagen sein würde, weil der Neumond nicht vorausberechnet, sondern durch tagesaktuelle Beobachtung ermittelt wurde.
Immer mehr Kulturen begannen deshalb ihre Kalender zu berechnen. Der letzte ernsthafte Versuch, einen Beobachtungs-Kalender zu etablieren, wurde in der Französischen Revolution unternommen (Französischer Revolutionskalender).
Die Berechnung von Kalendern (arithmetische Kalender) setzt umfangreiche astronomische und mathematische Kenntnisse voraus. Bei der Entwicklung des frühen ägyptischen astralen Sothiskalenders waren diese Kenntnisse vorhanden. Die Einführung eines ägyptischen Verwaltungskalenders auf 365-Tagesbasis folgte spätestens im dritten Jahrtausend v. Chr.. Dieser konnte jedoch das Durchwandern der Jahreszeiten nicht verhindern. Die ägyptischen Könige bemängelten die Jahreszeitenverschiebung, doch erst Ptolemaios III. unternahm 238 v. Chr. einen Versuch zur Einführung eines Schalttages. Nach seinem Tod wurde neben dem neuen Schalttageskalender jedoch wieder der alte ägyptische Verwaltungskalender benutzt. Der julianische Kalender, der 45 v. Chr. von Julius Cäsar eingeführt wurde, stützte sich gleichwohl auf die Kalenderform des Ptolemaios III. Schalttage
Sowohl Mond- als auch Sonnenkalender müssen mit Schalttagen oder unterschiedlichen Monatslängen arbeiten, die nach einer festgelegten mathematischen Regel in den normalen Kalenderlauf eingefügt sind. Ein Sonnenkalender benötigt normalerweise einen zusätzlichen Tag circa alle vier Jahre (im Gregorianischen Kalender ist dies der 29. Februar), um die durchschnittliche Tageszahl der Länge des Sonnenjahrs anzupassen. Ein Mondkalender muss die Monatslängen zwischen 29 und 30 Tagen variieren, denn die Zeit zwischen zwei gleichen Mondphasen dauert durchschnittlich circa 29,531 Tage.
Der Einschub eines zusätzlichen Tages, Monats oder Jahres in ein Kalendersystem wird als Embolismus bezeichnet.
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