Teadusrevolutsioon, mis toimus 16. ja 17. sajandil, oli enneolematu õppimise ja avastamise aeg. Sel perioodil pandi alus kaasaegsele teadusele tänu läbimurdele füüsika, matemaatika, keemia, bioloogia ja astronoomia valdkonnas. Ja kui rääkida astronoomiast, siis kõige mõjukam teadlane oli kindlasti Nikolaus Kopernik , tunnistas mees universumi heliotsentrilise mudeli loomise.
Toetudes käimasolevatele planeetide liikumise vaatlustele, aga ka varasematele klassikalise antiigi ja islamimaailma teooriatele, pakkus Kopernik välja universumi mudeli, kus Maa, planeedid ja tähed tiirlevad ümber Päikese. Seda tehes lahendas ta klassikalisest geotsentrilisest mudelist tulenevad matemaatilised probleemid ja ebakõlad ning pani aluse kaasaegsele astronoomiale.
Kuigi Kopernik polnud esimene, kes pakkus välja päikesesüsteemi mudeli, milles Maa ja planeedid tiirlesid ümber Päikese, oli tema heliotsentrilise universumi mudel nii uudne kui ka õigeaegne. Esiteks tuli see ajale, mil Euroopa astronoomid nägid vaeva, et lahendada matemaatilisi ja vaatlusprobleeme, mis tekkisid tollal aktsepteeritud Ptolemaiose universumi mudelist – 2. sajandil e.m.a pakutud geotsentrilisest mudelist.
Lisaks oli Koperniku mudel esimene astronoomiline süsteem, mis pakkus täielikku ja üksikasjalikku ülevaadet universumi toimimisest. Tema mudel mitte ainult ei lahendanud Ptolemaiose süsteemist tulenevaid probleeme, vaid pakkus lihtsustatud vaadet universumist, mis kaotas keerulised matemaatilised seadmed, mida oli vaja geotsentrilise mudeli toimimiseks. Ja aja jooksul sai mudel mõjukaid pooldajaid, kes aitasid kaasa sellele, et sellest sai astronoomia aktsepteeritud konventsioon.
Portugali kosmograafi ja kartograafi Bartolomeu Velho illustratsioon Ptolemaiose geotsentrilisest süsteemist, 1568. Autor: Bibliothèque Nationale, Pariis
Ptolemaiose (geotsentriline) mudel:
Geotsentriline mudel, milles planeet Maa on universumi keskpunkt ning mille ümber tiirlevad Päike ja kõik planeedid, on olnud tunnustatud kosmoloogiline mudel iidsetest aegadest peale. Hilisantiigiks olid selle mudeli ametlikuks kujundanud Vana-Kreeka ja Rooma astronoomid, nagu Aristoteles (384–322 eKr) – kelle füüsikateooriad said planeetide liikumise aluseks – ja Ptolemaios (umbes 100–u. .?170 CE), kes pakkus välja matemaatilised lahendused.
Geotsentriline mudel taandus sisuliselt kahele levinud tähelepanekule. Esiteks paistsid iidsed astronoomid, et tähed, Päike ja planeedid tiirlevad iga päev ümber Maa. Teiseks, Maaga seotud vaatleja vaatenurgast ei paistnud Maa liikuvat, muutes selle ruumis fikseeritud punktiks.
Sellesse süsteemi liideti usk, et Maa on sfääriline, mis sai aktsepteeritud faktiks 3. sajandil e.m.a. Sellisena sai Aristotelese ajaks universumi geotsentriline mudel selliseks, kus Maa, Päike ja kõik planeedid olid sfäärid ning kus Päike, planeedid ja tähed kõik liikusid täiuslikult ringikujuliste liikumistega.
Kuid alles Egiptuse-Kreeka astronoom Claudius Ptolemaios (teise nimega Ptolemaios) avaldas oma traktaadi. Almagest 2. sajandil eKr detailid standardiseeriti. Tuginedes sajanditepikkustele astronoomilistele traditsioonidele, alates Babülooniast kuni tänapäevani, väitis Ptolemaios, et Maa asub universumi keskmes ja kõik tähed asuvad universumi keskpunktist tagasihoidlikul kaugusel.
Planeet Marss toimus 2009. aasta lõpus ja 2010. aasta alguses 'tagurpidiliikumises' – nähtuses, mille puhul see näib taevas tagurpidi liikuvat. Autorid: NASA
Iga planeeti selles süsteemis liigutab ka kahest sfäärist koosnev süsteem – a lugupidav ja an epitsükkel . Deferent on ring, mille keskpunkt on Maast eemaldatud ja mida kasutati aastaaegade pikkuste erinevuste arvestamiseks. Epitsükkel on põimitud kaitsvasse sfääri, toimides omamoodi 'rattana rattas'. Epitsükli eesmärk oli aru anda retrograadne liikumine , kus planeedid taevas näivad aeglustavat, liiguvad tagurpidi ja siis jälle edasi.
Kahjuks ei võtnud need selgitused arvesse kõiki planeetide täheldatud käitumisi. Kõige märgatavam on see, et planeedi retrograadse silmuse (eriti Marsi) suurus oli mõnikord oodatust väiksem ja suurem. Probleemi leevendamiseks töötas Ptolemaios välja võrdne – planeedi orbiidi keskpunkti lähedal asuv geomeetriline tööriist, mis paneb planeedi liikuma ühtlase nurkkiirusega.
Sellel kohal seisvale vaatlejale näib planeedi epitsükkel alati liikuvat ühtlase kiirusega, samas kui see näib liikuvat kõigist teistest kohtadest ebaühtlase kiirusega. Kuigi see süsteem jäi Rooma ajal aktsepteeritud kosmoloogiliseks mudeliks, siis keskajal Euroopa ja islamimaailmas üle tuhande aasta, oli see tänapäevaste standardite järgi kohmakas.
Siiski suutis see ennustada planeetide liikumist üsna täpselt ja seda kasutati astroloogiliste ja astronoomiliste kaartide koostamiseks järgmiseks 1500 aastaks. 16. sajandiks asendati see mudel järk-järgult universumi heliotsentrilise mudeliga, mida toetasid Kopernik ning seejärel Galileo ja Kepler.
Pilt George Trebizondi ladinakeelsest Almagesti tõlkest. Krediit: avalik domeen
Koperniku (heliotsentriline) mudel:
16. sajandil hakkas Nicolaus Copernicus välja töötama oma versiooni heliotsentrilisest mudelist. Nagu teisedki enne teda, tugines Kopernik Kreeka astronoomi Atistarhose tööle ning avaldas austust Maragha koolkonnale ja mitmetele islamimaailma märkimisväärsetele filosoofidele (vt allpool). 16. sajandi alguseks võttis Kopernik oma ideed kokku lühikeses traktaadis pealkirjaga Kommentaarid ('Väike kommentaar').
Aastaks 1514 hakkas Kopernik levitama koopiaid oma sõprade seas, kellest paljud olid kaasastronoomid ja õpetlased. See neljakümneleheküljeline käsikiri kirjeldas tema ideid heliotsentrilise hüpoteesi kohta, mis põhines seitsmel üldpõhimõttel. Need põhimõtted ütlesid, et:
- Taevakehad ei tiirle kõik ühe punkti ümber
- Maa keskpunkt on Kuu sfääri keskpunkt - Kuu orbiit ümber Maa
- Kõik sfäärid pöörlevad ümber Päikese, mis asub Universumi keskpunkti lähedal
- Maa ja Päikese vaheline kaugus on tühine osa Maa ja Päikese kaugusest tähtedeni, seega parallaksi tähtedes ei täheldata
- Tähed on liikumatud – nende näiline igapäevane liikumine on põhjustatud Maa igapäevasest pöörlemisest
- Maa liigub keras ümber Päikese, põhjustades Päikese näilise iga-aastase rände. Maal on rohkem kui üks liikumine
- Maa orbitaalne liikumine ümber Päikese põhjustab planeetide liikumise näiliselt vastupidise suuna
Seejärel jätkas ta andmete kogumist üksikasjalikuma töö jaoks ja 1532. aastaks oli ta jõudnud peaaegu oma suure teose käsikirja valmimisele. Kopernik (Taevasfääride revolutsioonidest).Selles esitas ta oma seitse peamist argumenti, kuid üksikasjalikumal kujul ja üksikasjalike arvutustega nende toetuseks.
Universumi geotsentrilise ja heliotsentrilise mudeli võrdlus. Krediit: history.ucsb.edu
Asetades Merkuuri ja Veenuse orbiidid Maa ja Päikese vahele, suutis Kopernik arvestada muutustega nende välimuses. Lühidalt, kui nad on Maa suhtes Päikese kaugemal küljel, tunduvad nad väiksemad, kuid täis. Kui nad on Maaga samal pool Päikest, tunduvad nad suuremad ja 'sarvedega' (poolkuukujulised).
Samuti selgitas see selliste planeetide nagu Marss ja Jupiter retrograadset liikumist, näidates, et Maa astronoomidel ei ole fikseeritud tugiraam, vaid liikuv. See selgitas veelgi, kuidas Marss ja Jupiter võivad teatud aegadel tunduda oluliselt suuremad kui teistel. Sisuliselt on nad opositsioonis olles Maale oluliselt lähemal kui ühenduses olles.
Kuid kartuses, et tema teooriate avaldamine toob kaasa kiriku hukkamõistu (ja võib-olla ka mure pärast, et tema teoorias on mõningaid teaduslikke vigu), jättis ta uurimistöö pooleli kuni aasta enne oma surma. Alles 1542. aastal, kui ta oli surma lähedal, saatis ta oma traktaadi Nürnbergi avaldamiseks.
Ajalooline eellugu:
Nagu juba märgitud, polnud Kopernik esimene, kes propageeris universumi heliotsentrilist vaadet ja tema mudel põhines mitme varasema astronoomi tööl. Esimesed registreeritud näited selle kohta pärinevad klassikalisest antiigist, kui Samose Aristarhos (umbes 310–230 eKr) avaldas kirjutisi, mis sisaldasid viiteid, millele viitasid tema kaasaegsed (nt Archimedes).
Aristarhose 3. sajandil eKr tehtud arvutused Päikese, Maa ja Kuu suhteliste suuruste kohta vasakult. Krediit: Wikipedia Commons
Tema traktaadis Liivaarvestaja ,Archimedes kirjeldas teist Aristarhose tööd, milles ta esitas heliotsentrilise mudeli alternatiivse hüpoteesi. Nagu ta selgitas:
Nüüd olete teadlik, et 'universum' on enamiku astronoomide poolt antud nimi sfäärile, mille keskpunkt on Maa keskpunkt ja mille raadius on võrdne Päikese keskpunkti ja Maa keskpunkti vahelise sirgjoonega. See on tavaline kirjeldus… nagu olete astronoomidelt kuulnud. Kuid Samose Aristarhos tõi välja mõnest hüpoteesist koosneva raamatu, mille eeldused viivad tulemuseni, et universum on kordades suurem kui praegu nn. Tema hüpoteesid on, et fikseeritud tähed ja päike jäävad liikumatuks, et Maa tiirleb ümber Päikese ringi ümbermõõdul, päike asub orbiidi keskel ja fikseeritud tähtede sfäär, mis asuvad umbes samal Keskpunkt nagu päike, on nii suur, et ring, milles ta oletab, et Maa tiirleb, on sellises proportsioonis fikseeritud tähtede kaugusega, nagu kera keskpunkt on selle pinnaga.
Sellest tekkis arusaam, et 'fikstähtedega' peaks olema vaadeldav parallaks (st tähtede vaadeldav liikumine üksteise suhtes, kui Maa liigub ümber Päikese). Archimedese sõnul väitis Aristarchos, et tähed olid palju kaugemal, kui tavaliselt arvatakse, ja see oli põhjus, miks parallaksit ei olnud näha.
Ainus teine antiikajast pärit filosoof, kes on heliotsentrismist käsitlevaid kirjutisi säilinud, on Seleukia Seleukia (umbes 190–150 eKr). Lähis-Ida Seleukiidide impeeriumis elanud hellenistlik astronoom Seleucus oli Aristarchose heliotsentrilise süsteemi pooldaja ja väidetavalt tõestas ta heliotsentrilist teooriat.
Kaasaegsete allikate kohaselt võis Seleucus seda teha geotsentrilise mudeli konstandid määrates ja neid heliotsentrilises teoorias rakendades, samuti planeetide asukohti arvutades (võimalik, et kasutades trigonomeetrilisi meetodeid). Teise võimalusena võis tema selgitus hõlmata loodete fenomeni, mis tema arvates on seotud Kuu mõju ja Maa pöördega ümber Maa-Kuu 'massikeskuse'.
5. sajandil m.a.j avaldas Rooma filosoof Martianus Capella Kartaagost arvamust, et planeedid Veenus ja Merkuur tiirlevad ümber Päikese, et selgitada nende välimuse erinevusi. Capella mudelit arutasid varakeskajal erinevad 9. sajandi anonüümsed kommentaatorid ja Kopernik mainib teda kui tema enda loomingu mõjutajat.
Hiliskeskajal arutas piiskop Nicole Oresme (umbes 1320–1325–1382 e.m.a.) võimalust, et Maa pöörles ümber oma telje. Oma 1440. aasta traktaadis Õpitud teadmatusest (On Õppinud Teadmatus) Kardinal Nicholas of Cusa (1401–1464 e.m.a.) küsis, kas on põhjust väita, et Päike (või mõni muu punkt) on universumi keskpunkt.
India astronoomid ja kosmoloogid vihjasid ka heliotsentrilise universumi võimalikkusele hilisantiikajal ja keskajal. Aastal 499 e.m.a avaldas India astronoom Aaryabhata oma suure teose Aryabhatiya , milles ta pakkus välja mudeli, kus Maa pöörleb ümber oma telje ja planeetide perioodid on antud Päikese suhtes. Samuti arvutas ta täpselt välja planeetide perioodid, päikese- ja kuuvarjutuste ajad ning Kuu liikumise.
Ibn al-Shatiri mudel Merkuuri ilmumise kohta, mis näitab epitsüklite paljunemist Tusi paari abil, kõrvaldades seega Ptolemaiose ekstsentrikud ja ekvandid. Krediit: Wikipedia Commons
15. sajandil avaldas Nilakantha SomayajiAryabhatiyabhasya, mis oli Aryabhata kommentaarAryabhatiya.Selles töötas ta välja arvutussüsteemi osaliselt heliotsentrilise planeedimudeli jaoks, kus planeedid tiirlevad ümber Päikese, mis omakorda tiirleb ümber Maa. Aastal Tantrasangraha (1500) muutis ta oma planeedisüsteemi matemaatikat veelgi ja lülitas Maa pöörlemise ümber oma telje.
Ka universumi heliotsentrilisel mudelil oli keskaegses islamimaailmas pooldajaid, kellest paljud inspireerisid Kopernikut. Enne 10. sajandit oli Ptolemaiose universumi mudel Lääne- ja Kesk-Aasia astronoomide jaoks aktsepteeritud standard. Kuid aja jooksul hakkasid ilmuma käsikirjad, mis seadsid kahtluse alla mitmed selle ettekirjutused.
Näiteks 10. sajandi Iraani astronoom Abu Sa’id al-Sijzi vaidlustas Ptolemaiose mudeli, väites, et Maa tiirleb ümber oma telje, selgitades seega näivat ööpäevast tsüklit ja tähtede pöörlemist Maa suhtes. 11. sajandi alguses kirjutas Egiptuse-Araabia astronoom Alhazen kriitika pealkirjagaKahtlused Ptolemaiose suhtes(umbes 1028), milles ta kritiseeris oma mudeli paljusid aspekte.
Sissepääs Ulug’Begi observatooriumi Samarkandis (Usbekistan). Krediit: Wikipedia Commons / Sigismund von Dobschütz
Umbes samal ajal arutas Iraani filosoof Abu Rayhan Biruni 973–1048) võimalust, et Maa pöörleb ümber oma telje ja ümber Päikese – kuigi ta pidas seda filosoofiliseks, mitte matemaatiliseks. Maragha ja Ulugh Begi (teise nimega Samarkandi) observatooriumis arutasid 13. ja 15. sajandi vahel mitu põlvkonda astronoomid Maa pöörlemist ning paljud esitatud argumendid ja tõendid sarnanesid Koperniku omadega.
Heliotsentrilise mudeli mõju:
Hoolimata tema hirmust oma argumentide pärast, mis tekitavad põlgust ja vaidlusi, tõi Kopernicu teooriate avaldamine usulistelt autoriteetidelt vaid leebe hukkamõistu. Aja jooksul püüdsid paljud religiooniteadlased tema mudelile vastu vaielda. Kuid mõne põlvkonna jooksul sai Koperniku teooria laiemalt levinud ja aktsepteeritumaks ning sai vahepeal palju mõjukaid kaitsjaid.
Nende hulka kuulusid Galileo Galilei (1564–1642), kes teleskoobi abil taevast uuris, võimaldas tal lahendada heliotsentrilise mudeli puudused, samuti avastada heliotsentrismi toetavaid taevaaspekte. Näiteks Galileo avastas Jupiteri ümber tiirlevad kuud , Päikeselaigud ja Kuu pinna ebatäiuslikkused – kõik see aitas õõnestada arusaama, et planeedid on täiuslikud kerad, mitte Maaga sarnased planeedid. Kui Galileo Koperniku teooriate propageerimine tõi kaasa tema koduaresti, järgnesid sellele peagi teised.
Ka saksa matemaatik ja astronoom Johannes Kepler (1571-1630) aitas heliotsentrilist mudelit täpsustada, tutvustades elliptilised orbiidid . Enne seda kasutas heliotsentriline mudel veel ringikujulisi orbiite, mis ei selgitanud, miks planeedid tiirlevad ümber Päikese erinevatel aegadel erineva kiirusega. Näidates, kuidas planeet oma orbiidi teatud punktides kiirendas ja teistes aeglustus, lahendas Kepler selle.
Lisaks inspireeriks Koperniku teooria Maa liikumisvõime kohta kogu füüsika valdkonna ümbermõtestamist. Kui varasemad ideed liikumisest sõltusid selle õhutamiseks ja säilitamiseks välisest jõust (st purje lükkavast tuulest), siis Koperniku teooriad aitasid inspireerida gravitatsiooni ja inertsi mõisteid. Neid ideid sõnastaks Sir Isaac Newton , kes on Põhimõtted moodustas kaasaegse füüsika ja astronoomia aluse.
Kuigi selle areng oli aeglane, asendas heliotsentriline mudel lõpuks geotsentrilise mudeli. Lõpuks oli selle kasutuselevõtt revolutsiooniline. Sellest ajast alates muutub inimkonna arusaam universumist ja meie kohast selles igaveseks.
Oleme siin Universe Today kirjutanud palju huvitavaid artikleid heliotsentrilise mudeli kohta. Alustuseks, siin Galileo naaseb Vatikani ja Maa käib ümber Päikese , Kes oli Nicolaus Copernicus? ja Mis vahe on geotsentrilise ja heliotsentrilise mudeli vahel?
Heliotsentrismi kohta lisateabe saamiseks vaadake neid NASA artikleid Kopernik või galaktika keskpunkt .
Astronomy Castil on sellel teemal ka episood pealkirjaga Episood 77: Kus on universumi kese ja Episood 302: Planetaarne liikumine taevas .