Революцията на Коперник и визията на Галилей, в снимки

Скици на Луната на Галилей, показващи нейните фази. Изображение чрезУикимедия.


Майкъл Джей И. Браун,Университет Монаш

Не е трудно да се каже, че коперниканската революция промени коренно начина, по който мислим за нашето място във Вселената. В древността хората са вярвали, че Земята е център на Слънчевата система и Вселената, докато сега знаем, че сме само на една от многото планети, обикалящи около Слънцето.


Но тази промяна не се случи за една нощ. По -скоро беше необходим почти век на нова теория и внимателни наблюдения, често използвайки проста математика и елементарни инструменти, за да разкрием истинската ни позиция в небесата.

Можем да получим представа как се е развила тази дълбока промяна, като разгледаме действителните бележки, оставени от астрономите, които са допринесли за това. Тези бележки ни дават представа за труда, прозренията и гениалността, които предизвикаха коперниканската революция.

Скитащи се звезди

Представете си, че сте астроном от древността и изследвате нощното небе без помощта на телескоп. Отначало планетите всъщност не се различават от звездите. Те са малко по -ярки от повечето звезди и блещукат по -малко, но иначе приличат на звезди.




В древността това, което наистина отличаваше планетите от звездите, беше движението им през небето. От нощ до нощ планетите постепенно се движеха по отношение на звездите. Всъщност „планета“ произлиза от древногръцкия за „скитаща звезда“.


Движението на Марс в продължение на много седмици.

А планетарното движение не е просто. Планетите изглежда се ускоряват и забавят, докато пресичат небето. Планетите дори временно обръщат посоката си, показвайки „ретроградно движение. ” Как може да се обясни това?

Епицили на Птолемей


Страница от арабско копие на ПтолемейАлмагест, илюстриращ Птолемеевия модел за планета, движеща се около Земята. Изображение чрез Националната библиотека на Катар.

Древногръцките астрономи са произвели геоцентрични (ориентирани към Земята) модели на Слънчевата система, които са достигнали своя връх с работата наПтолемей. Този модел, от арабско копие на ПтолемейАлмагест, е илюстрирано по -горе.

Птолемей обясни движението на планетите, използвайки суперпозицията на две кръгови движения, голяма „защитник'Кръг, комбиниран с по -малък'епицикъл”Кръг.

Освен това, деферентът на всяка планета може да бъде изместен от позицията на Земята и равномерното (ъглово) движение около деферентното може да бъде определено с помощта на позиция, известна катоеквивалент, а не позицията на Земята или центъра на дефенера. Разбра ли?


Това е доста сложно. Но, за негова заслуга, моделът на Птолемей предвижда позициите на планетите в нощното небе с точност от няколко градуса (понякога по -добре). И така се превърна в основното средство за обяснение на планетарното движение за повече от хилядолетие.

Промяната на Коперник

Коперниковата революция постави слънцето в центъра на нашата Слънчева система. Изображение чрез Библиотеката на Конгреса.

През 1543 г., годината на смъртта му,Николай Коперникзапочва своята едноименна революция с публикуването наКоперник(За революциите в небесните сфери). Моделът на Коперник за Слънчевата система е хелиоцентричен, като планетите обикалят слънцето, а не Земята.

Може би най -елегантното парче от модела на Коперник е естественото му обяснение за променящото се привидно движение на планетите. Ретроградното движение на планети като Марс е простоилюзия, причинени от това, че Земята „изпреварва“ Марс, докато и двамата обикалят около Слънцето.

Птолемеев багаж

Оригиналният модел на Коперник има сходства с птолемеевите модели, включително кръгови движения и епицикли. Изображение чрез Библиотеката на Конгреса.

За съжаление оригиналният модел на Коперник беше зареден с птолемеев багаж. Планетите на Коперник все още пътуват около Слънчевата система, използвайки движения, описани чрез суперпозицията на кръгови движения. Коперник се е отървал от екванта, който тойпрезрян, но го замени с математически еквивалентен епициклет.

Астроном-историкОуен Джинджиричи неговите колеги изчисляват планетарни координати, използвайки Птолемееви и Коперникови модели от епохата, и откриват товаи двамата имаха сравними грешки. В някои случаи положението на Марс е погрешно с 2 градуса или повече (много по -голямо от диаметъра на Луната). Освен това оригиналният модел на Коперник не беше по -прост от по -ранния модел на Птолемей.

Тъй като астрономите от 16 -ти век нямаха достъп до телескопи, нютоновска физика и статистика, за тях не беше очевидно, че моделът на Коперник превъзхожда модела на Птолемей, въпреки че правилно поставя слънцето в центъра на Слънчевата система.

Заедно идва Галилей

Телескопичните наблюдения на Галилей върху планетите, включително фазите на Венера, показаха, че планетите обикалят около Слънцето. Изображение чрез НАСА.

От 1609 г. Галилео Галилей използва наскоро изобретен телескоп за наблюдение на слънцето, луната и планетите. Той видяпланини и кратерина Луната и за първи път разкри, че планетите са светове сами по себе си. Галилео също така предостави силни доказателства от наблюдението, че планетите обикалят около Слънцето.

Наблюденията на Галилей за Венера бяха особено убедителни. В птолемеевите модели Венера остава между Земята и Слънцето по всяко време, така че трябва да гледаме най -вече нощната страна на Венера. Но Галилей успя да наблюдава осветената от деня страна на Венера, което показва, че Венера може да бъде на противоположната страна на Слънцето от Земята.

Войната на Кеплер с Марс

Йоханес Кеплер триангулира позицията на Марс, използвайки наблюдения на Марс, когато той се върна на същото положение в орбитата си. Изображение чрез Университета в Сидни.

Кръговите движения на птолемеевите и коперниканските модели доведоха до големи грешки, особено за Марс, чието прогнозирано положение може да бъде в грешка с няколко градуса.Йоханес Кеплерпосвети години от живота си на разбирането на движението на Марс и той реши този проблем с най -гениалното оръжие.

Планетите (приблизително) повтарят същия път, докато обикалят около Слънцето, така че се връщат в същото положение в космоса веднъж на всеки орбитален период. Например, Марс се връща на същото място в орбитата си на всеки 687 дни.

Тъй като Кеплер знаеше датите, когато една планета ще бъде на една и съща позиция в космоса, той можеше да използва различните позиции на Земята по нейната орбита, за да триангулира позициите на планетите, както е илюстрирано по -горе. Кеплер, използвайки астрономТихо Брахе предтелескопични наблюдения, успя да проследи елиптичните пътища на планетите, докато те обикалят около Слънцето.

Това позволи на Кеплер да формулира своетотри закона за движение на планетитеи предсказване на планетарни позиции смного по -голяма точностотколкото е възможно преди. По този начин той поставя основите на нютоновата физика от края на 17 -ти век и забележителната наука, която последва.

Самият Кеплерзаловенновият светоглед и неговото по -широко значение през 1609 -тенова астрономия(Нова астрономия):

За мен обаче истината е още по -благочестива и (при цялото ми уважение към Докторите на Църквата) доказвам философски не само, че земята е кръгла, не само че е обитавана по целия път на антиподите, а не само че е презрително малък, но също така и че се носи сред звездите.

Майкъл Джей И. Браун, Доцент,Университет Монаш

Тази статия първоначално е публикувана вРазговорът. Прочететеоригинална статия.

В крайна сметка: Прозрения за революцията на Коперник и визията на Галилей от бележките и рисунките на астрономите.