Auf der Öresundinsel Ven, die heute zu Schweden gehört, begann er sogleich mit dem Bau eines Observatoriums. Im Mittelpunkt eines geometrisch angelegten Renaissancegartens sollte sich ein schlossähnliches Gebäude erheben, das ein astronomisches Forschungszentrum beherbergte. Uraniborg – Burg der Urania – sollte es heißen und der Muse der Astronomie gewidmet sein. Am 8. August 1576, so notierte Tycho Brahe, fand die Grundsteinlegung statt. Tatsächlich wurde die 1580 fertiggestellte Uraniborg auf Ven zu einem weithin ausstrahlenden Ort für astronomische Forschung, der Studenten aus nah und fern anzog. Finanziert wurde das Projekt von König Friedrich II., der 1586 auch den Bau der benachbarten, teils unterirdisch angelegten Stjerneborg ermöglichte, nachdem sich die Uraniborg als zu klein und der sandige Untergrund als zu instabil für Brahes Instrumente erwiesen hatte.
Mit dem Tod des Königs versiegte 1588 der Geldstrom. Der neue Monarch Christian IV. unterstützte Brahe nicht weiter, sodass dieser 1597 die Insel Ven verließ und nach Wandsbek bei Hamburg, später nach Prag ging. Uraniborg und Stjerneborg wurden zu Beginn des 17. Jahrhunderts zerstört, nur Letztere teilweise rekonstruiert.
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