De zon en de maan waren vroeger overheersende, maar onbegrepen verschijnselen. Nu weten we dat de aarde om de zon draait en de maan om de aarde. Heldere nachten werden gedomineerd door de stralende sterrenhemel, want er was geen strooilicht en de Melkweg was als een lichte band van sterren duidelijk zichtbaar. Ook dit fenomeen werd bij oude beschavingen bestudeerd. Pas in de moderne tijd werd duidelijk dat die Melkweg niets anders is dan een deel van het enorme sterrenstelsel waar onze zon deel van uitmaakt.
In groepen sterren die bij elkaar in de buurt stonden, werden sterrenbeelden gezien. Door het stabiele beeld van sterrenbeelden zwierven echter enkele dwaalsterren, waarvoor de relatief eenvoudige berekeningen niet voldeden. Veel later werd duidelijk dat die dolende sterren de planeten zijn die net als de aarde om de zon draaien. Planeten geven zelf geen licht maar weerkaatsen het licht van de zon. De helderste waren de Morgen- en de Avondster, waarvan pas veel later ontdekt werd dat dat een en dezelfde planeet was, Venus. De zwakkere ‘ster’ Mercurius werd al in 3000 v.Chr. door de Soemeriërs genoemd. Ook Mars (de rode planeet), Jupiter en Saturnus waren in de Oudheid bekend. Al deze planeten zijn met het blote oog zichtbaar. Dankzij de ontwikkeling van de telescoop werden zwakkere dwaalsterren ontdekt: Uranus in 1781, Neptunus in 1846 en Pluto in 1930 (Pluto werd in 2006 gedegradeerd tot dwergplaneet, waarvan er meer gevonden zijn, nog verder weg dan Pluto).
Hoe al deze hemellichamen ten opzichte van elkaar bewogen, was dankzij de oude Grieken als Plato, Aristoteles en Ptolemaeus bekend: de aarde was – dachten zij - het middelpunt van het universum en alle hemellichamen draaiden om de aarde, het geocentrische model. Dit standpunt werd door de heersende klassen tot dogma verheven, waardoor het uitdragen van een ander model niet zonder gevaar was zoals bijvoorbeeld Galilei ontdekte. De waarheid kon echter niet eeuwig onderdrukt worden en het heliocentrische model – waaraan vooral ook de namen van Copernicus (1473-1543) en Johannes Kepler (1571-1630) verbonden zijn – werd algemeen aanvaard: de planeten, en dus ook de aarde, draaien om de zon. De baan van de aarde (en van de andere planeten) is niet helemaal cirkelvormig, maar de afwijking is klein. De beweging van de hemellichamen wordt beschreven door elementaire fysische wetten en is daarom met behulp van tandraderen te imiteren.
De banen van alle planeten liggen ongeveer in hetzelfde vlak omdat de planeten gevormd zijn uit een om de zon draaiende platte schijf van materie. Dit vlak wordt het ecliptische vlak, ook ecliptica genoemd. De aardas maakt daar een hoek van 23,5 graden mee en dat doet dus ook het vlak door de evenaar van de aarde. Ten opzichte van de ecliptica is de aarde te vergelijken met een tol die niet rechtop staat en net als een scheefstaande tol door de zwaartekracht gaat slingeren; de aardas slingert onder invloed van de aantrekkingskracht van de zon. Dit verschijnsel wordt precessie genoemd. De precessie heeft gevolgen voor twee manieren van tijd meten. Bij de normaal gebruikte zonnetijd wordt de lengte van een etmaal (per definitie 24 uur) bepaald door de tijd tussen twee opeenvolgende keren dat de zon op het hoogste punt staat. Bij sterrentijd (‘sidereal time’ in het Engels) is een etmaal de tijd die verstrijkt tussen twee opeenvolgende passages van dezelfde ster langs een vaste meridiaan. Een sterrendag is door de precessie niet precies gelijk aan een zonnedag en is 23.9344699 uur of wel 23 uur 56 minuten en 4.0916 seconde. De data waarop de winter overgaat in de zomer en de zomer in de winter heten de equinoxen. Die halfjaarlijkse gebeurtenissen zijn tevens de momenten waarop de aardas niet naar de zon toe of van de zon af wijst. De dagen en nachten zijn dan even lang. De precessie van de aardas zorgt ervoor dat ook de equinoxen verschuiven, met een periode van zo’n 20.000 jaar. Langs de ecliptica kan men de Dierenriem (of Zodiak) denken, bestaande uit de twaalf sterrenbeelden die in het algemeen meer bekend zijn door horoscopen dan door hun astronomische betekenis.
De geschiedenis van uurwerken begint met uurwerken voor kerkklokken en ook astronomische complicaties werden daar allang geleden voor het eerst ingebouwd. De best beschreven planetariumklok (ook astrarium genoemd) uit die periode, met niet minder dan 107 tandraderen, is in Italië gemaakt door Giovanni de’Dondi (1318-1389).
Al vroeg in de geschiedenis hadden kerken klokken, want het werd van groot belang gevonden dat de verschillende kerkdiensten op het juiste moment gehouden werden. Hadden de eerste klokken nog maar één wijzer, voor de uren, als snel kwam daar een minutenwijzer bij. Vervolgens werden de uurwerken uitgebreid met allerlei, ook astronomische complicaties. Natuurlijk mag het wonder uit Friesland niet onvermeld blijven, het planetarium van Eise Eisinga in Franeker, het oudste nog werkende planetarium ter wereld. Eisinga, een wolkammer, bouwde het in 1774-1781 en gebruikte daar tienduizend handgesmede spijkers als tanden voor. Mercurius, Venus, de aarde, Jupiter en Saturnus draaien nog steeds in de correcte tijd om de zon. Het geheel wordt aangedreven door een slingerklok en negen gewichten.
Een astronomische klok is een klok die, naast de tijd van de dag, astronomische informatie geeft. Dat kan de positie van de zon of de maan zijn, de maanfase, de sterrentijd of zelfs een draaiende sterrenkaart. Een aardig detail is dat bij astronomische klokken meestal het geocentrische model wordt gebruikt, vaak met de aarde in het midden van de wijzerplaat. De ecliptische wijzerplaat is de projectie van het ecliptische vlak, staat op de wijzerplaat acentrisch afgebeeld en lijkt vervormd, ten gevolge van de scheve stand van de aardas ten opzichte van het ecliptische vlak. De ecliptische wijzerplaat maakt iedere 23 uur, 56 minuten en 4.0916 seconde (dus een ‘sidereal’ dag) één omwenteling. De in astronomische klokken gebruikte complicaties vormden de basis voor kleinere astronomische uurwerken, eerst in klokken, daarna in zakhorloges en uiteindelijk in polshorloges. Haast vanzelfsprekend gingen uurwerkmakers proberen astronomische complicaties zo te verkleinen dat ze in een horlogekast pasten. Een tourbillon mag dan ingewikkeld zijn, veel astronomische complicaties konden alleen door de allerbeste horlogemakers en –merken gemaakt worden. Vanwege hun formaat waren vooral zakhorloges geschikt, hoe forser hoe beter. Maar uiteindelijk slaagden ’s werelds beste horlogemakers erin ook een polshorloge van astronomische complicaties te voorzien, met Christiaan van der Klaauw als een van de pioniers.
Met een astronomisch horloge bewijst een horlogemerk dat zijn horlogemakers de allermoeilijkste complicaties in de vingers hebben. Voor de liefhebber telt vooral hoe vreselijk knap zulke complicaties technisch gezien zijn en, zeker zo belangrijk, hoe mooi ze vaak zijn. Zeker als ze zoals bij Christiaan van der Klaauw inspirerend design en klassieke techniek met elkaar combineren.