Det er ikke en strækning at sige, at disse astronomer grundlæggende ændrede den måde, vi tænker på vores plads i universet. Vi kan få indsigt i, hvordan dette dybe skift udfoldes ved at se på deres faktiske noter.
Galileos tegninger af månen, der viser dens faser. Billede via Wikimedia.
Michael J. I. Brown, Monash University
Det er ikke en strækning at sige, at den kopernikanske revolution grundlæggende ændrede den måde, vi tænker på vores plads i universet. I antikken troede folk, at Jorden var centrum for solsystemet og universet, mens vi nu ved, at vi bare er på en af mange planeter, der kredser om solen.
Men dette synskifte skete ikke natten over. Tværtimod tog det næsten et århundrede med ny teori og omhyggelige observationer, ofte ved hjælp af simpel matematik og rudimentære instrumenter, for at afsløre vores sande position i himlen.
Vi kan få indsigt i, hvordan dette dybe skift udfoldes ved at se på de faktiske noter, som astronomerne efterlod, som bidrog til det. Disse noter giver os en anelse om arbejdskraft, indsigt og geni, der drev den kopernikanske revolution.
Vandrende stjerner
Forestil dig, at du er en astronom fra antikken og udforsker nattehimlen uden hjælp af et teleskop. Først adskiller planeterne sig ikke rigtig fra stjernerne. De er lidt lysere end de fleste stjerner og glimter mindre, men ellers ser de ud som stjerner.
I antikken var det, der virkelig adskiller planeter fra stjerner, deres bevægelse gennem himlen. Fra nat til nat bevægede planeterne sig gradvist med hensyn til stjernerne. Faktisk er "planet" afledt af den gamle græske for "vandrende stjerne."
Mars bevægelse over mange uger.
Og planetbevægelse er ikke enkel. Planeter ser ud til at fremskynde og bremse, når de krydser himlen. Planeter vender endda midlertidigt tilbage og viser ”retrograd bevægelse.” Hvordan kan dette forklares?
Ptolemiske epicykler
En side med en arabisk kopi af Ptolemaios Almagest, der illustrerer den Ptolemaiske model for en planet, der bevæger sig rundt om Jorden. Billede via Qatar National Library.
Gamle græske astronomer producerede geocentriske (jord-centrerede) modeller af solsystemet, som nåede deres højdepunkt med Ptolemaios arbejde. Denne model er fra en arabisk kopi af Ptolemaios Almagest, er illustreret ovenfor.
Ptolemeus forklarede planetbevægelse ved hjælp af superpositionen af to cirkulære bevægelser, en stor "deferent" cirkel kombineret med en mindre "epicykel" cirkel.
Derudover kunne hver planet's deferent udlignes fra Jordens position, og den jævne (vinklede) bevægelse omkring deferenten kunne defineres ved hjælp af en position, der er kendt som en ækvivalent, snarere end Jordens position eller midten af deferenten. Forstået?
Det er temmelig kompliceret. Men til hans ære forudsagde Ptolemeys model planeterne på nattehimlen med en nøjagtighed på nogle få grader (nogle gange bedre). Og det blev således det primære middel til at forklare planetbevægelse i over et årtusinde.
Copernicus 'skift
Den kopernikanske revolution placerede solen i centrum af vores solsystem. Billede via Library of Congress.
I 1543, året for hans død, startede Nicolaus Copernicus sin eponym-revolution med udgivelsen af De revolutionibus orbium coelestium (Om Revolutions of the Celestial sfærer). Copernicus 'model til solsystemet er heliocentrisk, hvor planeterne cirkler solen snarere end Jorden.
Det mest elegante stykke af den kopernikanske model er måske dens naturlige forklaring på planetenes skiftende tilsyneladende bevægelse. Den tilbagegående bevægelse af planeter som Mars er kun en illusion, der er forårsaget af, at Jorden "vælter" Mars, da de begge kredser om solen.
Ptolemaisk bagage
Den originale kopernikanske model ligner Ptolemaiske modeller, inklusive cirkulære bevægelser og epicykler. Billede via Library of Congress.
Desværre blev den originale kopernikanske model fyldt med Ptolemaisk bagage. De kopernikanske planeter rejste stadig rundt i solsystemet ved hjælp af bevægelser beskrevet af superpositionen af cirkulære bevægelser. Copernicus bortskaffede ekvanten, som han foragtede, men erstattede den med den matematisk ækvivalente epicyclet.
Astronom-historiker Owen Gingerich og hans kolleger beregnet planetariske koordinater ved hjælp af Ptolemaic og Copernican modeller fra tiden, og fandt, at begge havde sammenlignelige fejl. I nogle tilfælde er Mars's position i fejl med 2 grader eller mere (langt større end månens diameter). Desuden var den originale kopernikanske model ikke enklere end den tidligere Ptolemaiske model.
Da astronomer fra 1500-tallet ikke havde adgang til teleskoper, Newtonsk fysik og statistik, var det ikke åbenlyst for dem, at den kopernikanske model var overlegen Ptolemaisk model, selvom den korrekt placerede solen i midten af solsystemet.
Langs kommer Galileo
Galileos teleskopiske observationer af planeterne, herunder faser af Venus, demonstrerede, at planeter bevæger sig rundt om solen. Billede via NASA.
Fra 1609 brugte Galileo Galilei det for nylig opfandte teleskop til at observere solen, månen og planeterne. Han så månens bjerge og kratre og afslørede for første gang planeterne at være verdener i deres egen ret. Galileo leverede også stærke observationsbeviser for, at planeter kredsede omkring solen.
Galileos observationer af Venus var særlig overbevisende. I Ptolemaiske modeller forbliver Venus mellem jorden og solen på alle tidspunkter, så vi bør mest se nattsiden af Venus. Men Galileo var i stand til at observere den dagoplyste side af Venus, hvilket indikerede, at Venus kan være på den modsatte side af solen fra Jorden.
Keplers krig med Mars
Johannes Kepler triangulerede Mars's position ved hjælp af observationer af Mars, da den vendte tilbage til den samme position i sin bane. Billede via University of Sydney.
De cirkulære bevægelser af Ptolemaic og Copernican modeller resulterede i store fejl, især for Mars, hvis forudsagte position kunne være i fejl i flere grader. Johannes Kepler brugte år af sit liv til at forstå Mars's bevægelse, og han knækkede dette problem med et mest genialt våben.
Planeter (ca.) gentager den samme sti, som de kredser rundt om solen, så de vender tilbage til den samme position i rummet en gang hver baneperiode. For eksempel vender Mars tilbage til den samme position i sin bane hver 687 dage.
Da Kepler vidste datoerne for, hvor en planet ville være på den samme position i rummet, kunne han bruge de forskellige positioner på Jorden langs sin egen bane til at triangulere planetenes positioner, som illustreret ovenfor. Kepler ved hjælp af astronom Tycho Brahe's før-teleskopiske observationer var i stand til at spore planets elliptiske stier, da de kredsede om solen.
Dette gjorde det muligt for Kepler at formulere sine tre love om planetbevægelse og forudsige planetariske positioner med langt større præcision end tidligere muligt. Han lagde således grundlaget for den Newtonske fysik i slutningen af det 17. århundrede og den bemærkelsesværdige videnskab, der fulgte.
Kepler fangede selv det nye verdenssyn og dets bredere betydning i 1609'erne Astronomia nova (Ny astronomi):
For mig er sandheden dog stadig mere from, og (med al respekt for Kirkens læger) beviser jeg filosofisk ikke kun, at jorden er rund, ikke kun at den er beboet hele vejen rundt på antipoderne, ikke kun det er det foragteligt lille, men også at det bæres med mellem stjernerne.
Michael J. I. Brown, lektor ved Monash University
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort i The Conversation. Læs den originale artikel.
Nederste linje: indsigt i Copernicus 'revolution og Galileos vision fra astronomernes noter og tegninger.