Copernicova revoluce a Galileova vize, na obrázcích

Galileo skici měsíce, ukazující jeho fáze. Obrázek přes Wikimedia.

Michael JI Brown, Monash University

Není to úsek říkat, že Copernicanova revoluce zásadně změnila způsob, jakým přemýšlíme o našem místě ve vesmíru. Ve starověku lidé věřili, že Země je středem sluneční soustavy a vesmíru, zatímco nyní víme, že jsme na jedné z mnoha planet obíhajících kolem Slunce.

K tomuto posunu pohledu však nedošlo přes noc. Spíše než téměř sto let nové teorie a pečlivých pozorování, často využívajících jednoduchou matematiku a základní nástroje, bylo odhaleno naše skutečné postavení na nebi.

Můžeme získat náhled na to, jak se tento hluboký posun odehrál, když se podíváme na skutečné poznámky, které zanechali astronomové, kteří k tomu přispěli. Tyto poznámky nám dávají vodítko k práci, vhledům a genialitě, která řídila koperiánskou revoluci.

Putovní hvězdy

Představte si, že jste astronom ze starověku a prozkoumáváte noční oblohu bez pomoci dalekohledu. Zpočátku se planety opravdu neodlišují od hvězd. Jsou o něco jasnější než většina hvězd a záblesky méně, ale jinak vypadají jako hvězdy.

Ve starověku to, co opravdu odlišovalo planety od hvězd, byl jejich pohyb po obloze. Z noci na noc se planety postupně pohybovaly s ohledem na hvězdy. Ve skutečnosti „planeta“ je odvozena ze starořeckého jazyka „putující hvězda“.


Pohyb Marsu po mnoho týdnů.

A planetární pohyb není jednoduchý. Zdá se, že se planety zrychlují a zpomalují, když procházejí oblohou. Planety dokonce dočasně opačným směrem vykazují „retrográdní pohyb“. Jak to lze vysvětlit?

Ptolemy epicycles

Strana arabské kopie Ptolemy's Almagest, ilustrující ptolemaijský model pro planetu pohybující se kolem Země. Obrázek prostřednictvím Katarské národní knihovny.

Starověcí řeckí astronomové vytvořili geocentrické (na Zemi zaměřené) modely sluneční soustavy, které dosáhly svého vrcholu prací Ptolemaia. Tento model, z arabské kopie Ptolemy's Almagest, je ilustrován výše.

Ptolemy vysvětlil planetární pohyb pomocí superpozice dvou kruhových pohybů, velkého „deferentního“ kruhu kombinovaného s menším „epicyklickým“ kruhem.

Kromě toho by mohl být každý planetový deferent vyrovnán od polohy Země a stálý (úhlový) pohyb kolem deferentu by mohl být definován pomocí polohy známé jako ekvivalence, spíše než pozice Země nebo středu deferentu. Mám to?

Je to docela složité. Ptolemyho model však podle jeho zásluhy předpovídal polohy planet na noční obloze s přesností několika stupňů (někdy lepší). A stal se tak primárním prostředkem vysvětlování planetárního pohybu po více než tisíciletí.

Copernicusův posun

Copernican revoluce umístila slunce do středu naší sluneční soustavy. Obrázek prostřednictvím knihovny kongresu.

V roce 1543, v roce jeho smrti, zahájil Nicolaus Copernicus svou titulní revoluci vydáním knihy Deolutionibus orbium coelestium ( O revolucích nebeských koulí ). Copernicusův model pro sluneční soustavu je heliocentrický, planety krouží spíše kolem Slunce než Země.

Snad nejelegantnějším kusem kopernického modelu je jeho přirozené vysvětlení měnícího se zdánlivého pohybu planet. Retrográdní pohyb planet, jako je Mars, je pouze iluze, způsobená tím, že Země obíhá Mars, když obě obíhají kolem Slunce.

Ptolemaické zavazadlo

Původní Copernican model má podobnosti s Ptolemaic modely, včetně kruhových pohybů a epicycles. Obrázek prostřednictvím knihovny kongresu.

Bohužel, původní Copernican model byl naložen s Ptolemaic zavazadly. Copernican planety stále cestovaly kolem sluneční soustavy pomocí pohybů popsaných superpozicí kruhových pohybů. Copernicus odstranil rovnici, kterou pohrdal, ale nahradil ji matematicky ekvivalentním epicyklem.

Astronomer-historik Owen Gingerich a jeho kolegové vypočítali planetární souřadnice pomocí Ptolemaických a Copernicanových modelů doby a zjistili, že oba měli srovnatelné chyby. V některých případech je poloha Marsu v chybě o 2 stupně nebo více (mnohem větší než je průměr měsíce). Kromě toho původní kopernický model nebyl o nic jednodušší než dřívější model Ptolemaic.

Protože astronomové 16. století neměli přístup k dalekohledům, newtonovské fyzice a statistikám, nebylo jim jasné, že koperiánský model je nadřazený modelu Ptolemaic, přestože správně umístil slunce do středu sluneční soustavy.

Spolu přichází Galileo

Galileoova teleskopická pozorování planet, včetně fází Venuše, prokázala, že se planety pohybují kolem Slunce. Obrázek přes NASA.

Od roku 1609 použil Galileo Galilei nedávno vynalezený dalekohled k pozorování slunce, měsíce a planet. Viděl hory a krátery Měsíce a poprvé odhalil, že planety jsou samy o sobě světy. Galileo také poskytl silný pozorovací důkaz, že planety obíhají kolem Slunce.

Galileoova pozorování Venuše byla obzvláště přesvědčivá. V Ptolemaiových modelech zůstává Venuše vždy mezi Zemí a Sluncem, takže bychom měli většinou vidět noční stranu Venuše. Ale Galileo byl schopen pozorovat denně osvětlenou stranu Venuše, což naznačuje, že Venuše může být na opačné straně Slunce než Země.

Keplerova válka s Marsem

Johannes Kepler trianguloval polohu Marsu pomocí pozorování Marsu, když se vrátil na stejnou pozici na své oběžné dráze. Obrázek přes University of Sydney.

Kruhové pohyby modelů Ptolemaic a Copernican vedly k velkým chybám, zejména u Marsu, jehož předpovídaná poloha by mohla být chybná o několik stupňů. Johannes Kepler věnoval roky svého života porozumění pohybu Marsu a tento problém popraskal nejnaléhavější zbraní.

Planety (přibližně) opakují stejnou cestu jako obíhají kolem Slunce, takže se jednou za každou orbitální periodu vracejí na stejnou pozici ve vesmíru. Například Mars se vrací na stejnou pozici na své oběžné dráze každých 687 dní.

Jak Kepler znal data, kdy by planeta byla na stejném místě ve vesmíru, mohl použít různé polohy Země podél své vlastní oběžné dráhy k triangulaci pozic planet, jak je znázorněno výše. Kepler, pomocí před-teleskopických pozorování astronoma Tycha Brahe, byl schopen vystopovat eliptické dráhy planet, když obíhali kolem Slunce.

Toto umožnilo Keplerovi formulovat jeho tři zákony planetárního pohybu a předpovídat planetární pozice s mnohem větší přesností, než bylo dříve možné. Položil tak základy newtonovské fyzice konce 17. století a pozoruhodnou vědu, která následovala.

Kepler sám zachytil nový pohled na svět a jeho širší význam v 1609 Astronomia nova ( Nová astronomie ):

Pravda je pro mě však stále zbožnější a (se vší úctou k Doktorům Církve) filozoficky dokazuji nejen to, že Země je kulatá, nejen že je obývána celou cestu kolem antipodů, ne pouze to je opovržlivě malé, ale také to, že je neseno mezi hvězdami.

Michael JI Brown, docent, Monash University

Tento článek byl původně publikován v The Conversation. Přečtěte si původní článek.

Sečteno a podtrženo: Nahlédnutí do Copernicovy revoluce a Galileova vidění z poznámek a kreseb astronomů.