המהפכה של קופרניקוס וחזונו של גלילאו, בתמונות

רישומי הירח של גלילאו, המראים את שלביו. תמונה באמצעותויקימדיה.


מייקל ג'יי. בראון,אוניברסיטת מונש

אין זה קטע לומר שהמהפכה הקופרניקנית שינתה באופן מהותי את הדרך בה אנו חושבים על מקומנו ביקום. בימי קדם אנשים האמינו שכדור הארץ הוא מרכז מערכת השמש והיקום, ואילו כעת אנו יודעים שאנחנו על כוכב לכת אחד מני רבים המקיפים את השמש.


אבל שינוי הראיה הזה לא קרה בין לילה. במקום זאת, נדרשו כמעט מאה שנה של תיאוריה חדשה והתבוננות מדוקדקת, לעתים קרובות באמצעות מתמטיקה פשוטה וכלים ראשוניים, כדי לחשוף את מיקומנו האמיתי בשמים.

אנו יכולים לקבל תובנות כיצד התגלגל השינוי העמוק הזה על ידי התבוננות בפתקים שהשאירו האסטרונומים שתרמו לכך. הערות אלה נותנות לנו מושג לעבודה, לתובנות ולגאונות שהניעו את המהפכה הקופרניקנית.

כוכבים נודדים

דמיין שאתה אסטרונום מימי קדם, חוקר את שמי הלילה ללא סיוע של טלסקופ. בהתחלה כוכבי הלכת לא ממש מבדילים את עצמם מהכוכבים. הם קצת יותר בהירים מרוב הכוכבים ומנצנצים פחות, אבל אחרת נראים כמו כוכבים.




בימי קדם, מה שבאמת הבדל כוכבי לכת מכוכבים היה תנועתם בשמיים. מלילה ללילה, כוכבי הלכת נעו בהדרגה ביחס לכוכבים. אכן 'כוכב הלכת' נגזר מהיוונית העתיקה בשם 'כוכב נודד'.


תנועת מאדים במשך שבועות רבים.

ותנועה פלנטרית אינה פשוטה. נראה שכוכבי לכת מואצים ומאטים כשהם חוצים את השמיים. כוכבי לכת אפילו הופכים כיוון באופן זמני ומציגים 'תנועה לאחור. ” כיצד ניתן להסביר זאת?

מחזורי תלמי


דף של עותק ערבי של תלמיAlmagest, הממחיש את המודל התלמי של כוכב לכת הנע סביב כדור הארץ. תמונה באמצעות הספרייה הלאומית של קטאר.

אסטרונומים יוונים קדומים ייצרו מודלים גיאוצנטריים (ממוקדי כדור הארץ) של מערכת השמש, שהגיעו לשיאם עם עבודתם שלתלמי. מודל זה, מתוך עותק ערבי של תלמיAlmagest, מתואר לעיל.

תלמי הסביר את התנועה הפלנטרית באמצעות סופרפוזיציה של שתי תנועות מעגליות, 'גדול'דוחה'מעגל בשילוב עם קטן יותר'אופניים' מעגל.

יתר על כן, ניתן לדחות את דחייתו של כל כוכב לכת ממיקום כדור הארץ ולהגדיר את התנועה היציבה (הזוויתית) מסביב לדוח באמצעות מיקום המכונהשווה ערך, במקום המיקום של כדור הארץ או מרכז הדיר. הבנתי את זה?


זה די מורכב. אך ייאמר לזכותו, המודל של תלמי ניבא את מיקומם של כוכבי הלכת בשמי הלילה בדיוק של כמה מעלות (לפעמים טוב יותר). וכך הוא הפך לאמצעי העיקרי להסברת התנועה הפלנטרית במשך למעלה מאלף שנה.

השינוי של קופרניקוס

המהפכה הקופרניקנית הציבה את השמש במרכז מערכת השמש שלנו. תמונה באמצעות ספריית הקונגרס.

בשנת 1543, שנת מותו,ניקולאוס קופרניקוסהחל את המהפכה האמיתית שלו עם פרסוםקופרניקוס(על מהפכות הכדור השמימי). המודל של קופרניקוס למערכת השמש הוא הליוסנטרי, כאשר כוכבי הלכת מקיפים את השמש ולא את כדור הארץ.

החלק היותר אלגנטי בדגם הקופרניקני הוא אולי ההסבר הטבעי שלו לתנועה לכאורה המשתנה של כוכבי הלכת. התנועה לאחור של כוכבי לכת כגון מאדים היא בסך הכלאשליה, הנגרמת על ידי כדור הארץ ש'עקף 'את מאדים כששניהם מקיפים את השמש.

מטען פטולמי

לדגם הקופרניקני המקורי יש קווי דמיון למודלים תלומאיים, כולל תנועות מעגליות ואפיסיקלים. תמונה באמצעות ספריית הקונגרס.

למרבה הצער, הדגם המקורי של הקופרניקן היה עמוס במטען תלמי. כוכבי הלכת הקופרניקניים עדיין הסתובבו במערכת השמש באמצעות תנועות המתוארות על ידי סופרפוזיציה של תנועות מעגליות. קופרניקוס סילק את השוויון, שהואבָּזוּי, אך החליף אותו באפיציקל המקביל מבחינה מתמטית.

אסטרונום-היסטוריוןאוון ג'ינג'ריץ 'ועמיתיו חישבו את הקואורדינטות הפלנטריות באמצעות מודלים תלמיים וקופריקניים של התקופה, ומצאו זאתלשניהם היו טעויות דומות. במקרים מסוימים מיקומו של מאדים הוא בטעות ב -2 מעלות או יותר (גדול בהרבה מקוטר הירח). יתר על כן, המודל הקופרניקני המקורי לא היה פשוט יותר מאשר המודל התלמי הקודם.

מכיוון שלאסטרונומים מהמאה ה -16 לא הייתה גישה לטלסקופים, פיזיקה ניוטונית וסטטיסטיקות, לא היה ברור להם שהמודל הקופרניקאני עדיף על המודל התלמי, למרות שהניח את השמש כמרכז במרכז מערכת השמש.

יחד מגיע גלילאו

התצפיות הטלסקופיות של גלילאו על כוכבי הלכת, כולל שלבי ונוס, הוכיחו שכוכבי לכת נוסעים סביב השמש. תמונה באמצעות נאס'א.

משנת 1609, גלילאו גליליי השתמש בטלסקופ שהומצא לאחרונה כדי להתבונן בשמש, בירח ובכוכבי הלכת. הוא ראה אתהרים ומכתשיםשל הירח, ולראשונה גילה שכוכבי הלכת הם עולמות בפני עצמם. גלילאו גם סיפק עדויות תצפית חזקות לכך שכוכבי לכת הקיפו את השמש.

התצפיות של גלילאו על ונוס היו משכנעות במיוחד. במודלים תלמוניים, נוגה נשארת בין כדור הארץ לשמש בכל עת, ולכן עלינו בעיקר לצפות בצד הלילי של ונוס. אך גלילאו הצליח להתבונן בצד המואר של ונוס, דבר המצביע על כך שנוגה יכולה להיות בצד הנגדי של השמש מכדור הארץ.

מלחמתו של קפלר עם מאדים

יוהנס קפלר שילש את מיקומו של מאדים באמצעות תצפיות על מאדים כאשר הוא חזר לאותה מיקום במסלולו. תמונה באמצעות אוניברסיטת סידני.

התנועות המעגליות של המודלים הפתולמאיים והקופרניקנים גרמו לשגיאות גדולות, במיוחד עבור מאדים, שמיקומו החזוי עשוי להיות בטעות במספר מעלות.יוהנס קפלרהקדיש שנים מחייו להבנת תנועתו של מאדים, והוא פיצח את הבעיה הזו בכלי נשק גאוני ביותר.

כוכבי לכת (בערך) חוזרים על אותו מסלול בו הם מקיפים את השמש, כך שהם חוזרים לאותה מיקום בחלל אחת לתקופה מסלולית. לדוגמה, מאדים חוזר לאותה מיקום במסלולו מדי 687 ימים.

כפי שקפלר ידע את התאריכים שבהם כוכב הלכת יהיה באותו מיקום בחלל, הוא יכול להשתמש במיקומים השונים של כדור הארץ לאורך מסלולו שלו כדי לשבש את עמדות כוכבי הלכת, כפי שמוצג לעיל. קפלר, משתמש באסטרונוםשל טיכו ברהה תצפיות קדם-טלסקופיות, הצליח להתחקות אחר נתיבי האליפטיות של כוכבי הלכת כשהם מקיפים את השמש.

זה איפשר לקפלר לנסח את שלושלושה חוקי תנועה פלנטריתולנבא עמדות פלנטריות עםדיוק הרבה יותר גדולממה שאפשר בעבר. לפיכך הוא הניח את הבסיס לפיזיקה הניוטונית של סוף המאה ה -17, ולמדע המדהים שבא בעקבותיו.

קפלר עצמונתפסתפיסת העולם החדשה ומשמעותה הרחבה יותר בשנת 1609אסטרונומיה חדשה(אסטרונומיה חדשה):

מבחינתי, אולם האמת עדיין אדוקה יותר, ועם כל הכבוד לרופאי הכנסייה) אני מוכיח מבחינה פילוסופית לא רק שכדור הארץ עגול, לא רק שהוא מיושב לאורך כל הדרך באנטי -פודים, לא רק שזה קטן בבוז, אבל גם שהוא נישא בין הכוכבים.

מייקל ג'יי. בראון, פרופסור חבר,אוניברסיטת מונש

מאמר זה פורסם במקור בהשיחה. קרא את המאמר מקורי.

בשורה התחתונה: תובנות לגבי המהפכה של קופרניקוס וחזונו של גלילאו מתוך הערות ושרטוטים של האסטרונומים.