Jeśli spojrzysz w niebo i zapomnisz wszystkiego, czego się nauczyłeś, biernie i aktywnie, o wszechświecie poza naszą planetą, łatwo byłoby poczynić szereg szalenie błędnych założeń. Wyobraź sobie, co małe dziecko, naiwne w astronomii, widzi o świcie: Słońce pojawia się na jednym horyzoncie, wspina się na szczyt, gdy przecina niebo, i odchodzi, gdy spotyka się z drugim horyzontem. Na nocnym niebie księżyc i gwiazdy robią to samo. Z pozoru świat wokół nas jest nieruchomy, a wszystko na niebie kręci się wokół niego.
W to właśnie wierzyła większość poważnych myślicieli minionych tysiącleci. Konsensus był taki, że prawdopodobnie płaska Ziemia znajduje się w centrum całego wszechświata i że wszystko inne na niebie, od Słońca i Księżyca po gwiazdy i planety, krąży wokół Ziemi. To, co dziś wydaje się osobliwe i śmieszne, było nie tylko popularne w czasach starożytnych, ale także możliwe do obrony.
Jakie są cztery typy ciał w Układzie Słonecznym?
W badaniu heliocentrycznego modelu Układu Słonecznego dobrym punktem wyjścia jest przegląd podstawowych treści Układu Słonecznego. Słowo „słoneczny” oznacza „odnoszący się do słońca” (łac. „sol”), a
planeta jest drugim typem ciała Układu Słonecznego. Jest ich osiem, od najmniejszego Merkurego do największego Jowisza. Pluton był wcześniej uważany za planetę i był najbardziej odległą planetą od Słońca, ale został „zdegradowany” wcześnie w XXI wieku do planety karłowatej i jako taki jest teraz małym obiektem Układu Słonecznego (więcej o tym wkrótce).
Księżyce, czyli naturalne satelity, to trzeci typ ciała w Układzie Słonecznym. Ciała te krążą wokół planet, ale ponieważ planety krążą wokół Słońca, Słońce pozostaje w prawdziwym centrum toru każdego księżyca. Ziemia ma jednego takiego naturalnego satelitę, który ma około jednej czwartej średnicy Ziemi; większość większych, „gazowych” planet ma dziesiątki księżyców.
Czwartym rodzajem ciała Układu Słonecznego są: małe przedmioty (lub małe ciała). Należą do nich komety, asteroidy, lodowe regiony zwane Obłokiem Oorta i Pasem Kuipera oraz minisystem Plutona i jego dwa satelity (lub księżyce, jeśli wolisz, chociaż ten jest trudny, ponieważ Pluton nie jest już uważany za planeta; jego status pozostaje kontrowersyjny, ponieważ niektóre organizacje wzywają do przywrócenia go jako pełnej planety).
Co to jest geocentryzm i heliocentryzm?
Czysto mówiąc, geocentryzm jest idea, że Ziemia jest centrum jakiegoś układu odniesienia (zwykle „wszystko”), podczas gdy heliocentryzm jest przekonanie, że słońce jest centrum jakiegoś układu odniesienia (we współczesnym użyciu układ słoneczny).
Jak sugerowano wcześniej, geocentryzm jest przestarzałą i wyraźnie obaloną ideą, że Ziemia leży na w samym centrum samego stworzenia, z innymi obserwowanymi obiektami na niebie krążącymi wokół Ziemi w różnych odległości. Pojęcie to, wywodzące się od greckich naukowców Arystotelesa i Ptolemeusza, dobrze ponad 2000 lat temu, zostało przyjęte przez wczesnych chrześcijan i katolików. Kościoła i zaczął być poważnie kwestionowany dopiero w XVI wieku, począwszy od pracy polskiego astronoma Mikołaja Kopernika (1473-1543). Kopernik nie był pierwszym, który zauważył, że planety widoczne gołym okiem – Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn – zmieniały jasność na przestrzeni lat. Nie był też pierwszym, który zauważył, że wystawiali ruch wsteczny, w stosunku do gwiazd tła. Termin ten opisuje sposób, w jaki planety czasami na krótko odwracają kierunek swojej powolnej wędrówki na tle gwiazd, zanim wznowią ruch w zwykłym kierunku. Zwolennicy geocentryzmu mieli dobrze spreparowane wyjaśnienia tych zjawisk, ale Kopernik rozumiał, że heliocentryczny model wyjaśnia je lepiej. Niestety, nie czuł się komfortowo, publikując swoje pomysły, dopóki nie znalazł się na łożu śmierci, obawiając się odwetu ze strony Kościoła, który w tym czasie miał władzę nad większością Europy.
Być może teraz łatwo jest spojrzeć na dobrze zrozumiany schemat Układu Słonecznego i zobaczyć, gdzie Kopernik – któremu nawet udało się umieścić wszystkie sześć planet znanych w jego czasie przed teleskopem we właściwej kolejności od najbliższego Słońca do najdalszego, w tym Ziemia – dostały swoją pomysły. Trudniej docenić błyskotliwość, która zainspirowała te pomysły, zwłaszcza biorąc pod uwagę że kwestionował od dawna pomysł z ogromnymi konsekwencjami, zarówno naukowymi, jak i polityczny.
Czym jest teoria heliocentryczna?
Kopernik jest powszechnie uważany za główną postać w teorii heliocentrycznej, a Galileo Galilei, zwykle nazywany po prostu Galileo, często pełnił podobną rolę. Ale jeszcze przed Kopernikiem wiele postaci historycznych zaczęło kłaść podwaliny pod przemieszczenie Ziemi z jej filozoficznego centralnego punktu we wszechświecie.
Sięgając do czasów przedchrześcijańskich, greccy matematycy opracowali wiele równań geometrycznych, które rządzą ruchem planet i ogólnie orbitujących ciał. W tamtym czasie niewiele to znaczyło w kategoriach astronomicznych, ale Kopernik wykorzystał wiele z tego, formułując mocną teorię heliocentryczną. A w 200 r. p.n.e. Grek o imieniu Arystarch postulował obracającą się Ziemię, ale jego pomysł został odrzucony ponieważ inni twierdzili, że gdyby to była prawda, ludzie i przedmioty po prostu odleciałyby z powierzchni w… przestrzeń. (Koncepcja grawitacji była w tamtych czasach bardzo daleka od bycia „rzeczą”).
W X i XI wieku Al-Haitham (często pisany również jako Al-Haytham), z terenu dzisiejszego Iraku, stworzył kilka godnych uwagi pomysłów. Jednym z nich było to, że widoczne na nocnym niebie „ramię” Drogi Mlecznej, mega-kolekcja w kształcie spirali gwiazdy, w których obecnie wiadomo, że znajduje się Układ Słoneczny, znajdowały się w rzeczywistości znacznie dalej od Ziemi, niż przypuszczano w czas. Drugim było to, że głębokość ziemskiej atmosfery od powierzchni do nieoficjalnej granicy „przestrzeni kosmicznej” wynosiła 32 mile, co okazało się dokładnością w zakresie zdumiewających 5 procent. Ogólnie rzecz biorąc, Al-Haitham był jednym z pierwszych orędowników metod naukowych i prawie samodzielnie rozwinął dziedzinę optyki, ale jest w dużej mierze zapomniany we współczesnych podręcznikach i nauce dyskusje.
Oprócz zaprzeczania względnemu rozmieszczeniu obiektów w Układzie Słonecznym i poza nim, teoria heliocentryczna opierała się na kwestionowaniu innych długoletnich założeń astronomicznych. Jednym z nich było to, że ciała niebieskie poruszają się po orbitach kołowych. W rzeczywistości poruszają się po eliptycznych lub owalnych orbitach; chociaż niektóre z nich na pierwszy rzut oka wydają się być bardzo zbliżone do kołowych, różnica wprowadzona do obliczeń dotyczących grawitacji i innych zmiennych jest głęboka. Ponadto starożytni naukowcy zakładali, że wszystko w kosmosie, niezależnie od jego fizycznego rozmiaru, składa się z tego samego podstawowego „materiału”. Chociaż prawdą jest, że wszystko w Wszechświat składa się ze znanych pierwiastków chemicznych z dzisiejszego układu okresowego, każdy, kto twierdziłby dzisiaj, że gwiazdy i planety mają podobny skład, wychowałby więcej niż kilka brwi.
Może nie ma jednej definicji teorii heliocentrycznej, ale pomyśl o niej jako o zbiorze wiedzy, który rozwijał się przez wiele stuleci i owoc naukowy, gdy waga popierających go dowodów była zbyt duża, aby nawet najbardziej zagorzali przeciwnicy w świecie religijnym obalić. Jak zobaczycie, konflikt ten był rzeczywiście bardzo dramatyczny i niebezpieczny dla wielu zwolenników heliocentrycznych faktów.
Czym jest model heliocentryczny?
Model heliocentryczny różni się od teorii heliocentrycznej tym, że umożliwia naukowcom stworzenie formalnych ram organizacyjnych która obejmuje słońce, planety i innych pomniejszych graczy w Układzie Słonecznym i umieszcza je fizycznie w przewidywalnym stanowiska. Innymi słowy, zamiast po prostu zakładać, że Słońce znajduje się w centrum Układu Słonecznego, zawiera sprawdzalne hipotezy, które należy stworzyć wokół tej centralnej idei.
Po odejściu Kopernika inni naukowcy przyjęli płaszcz heliocentryzmu, a przynajmniej modyfikacji geocentryzmu. Holenderski astronom Tycho Brahe (1546-1601), urodzony trzy lata po śmierci Kopernika, prowadził obserwacje niebiosa, które były tak żmudne i precyzyjne, jak tylko można było dać, że teleskopy nie były jeszcze w Arsenał. Brahe nie przyznał, że Ziemia była w centrum wszechświata, ale założył, że inne planety krążą wokół Słońca, podczas gdy samo Słońce krąży wokół Ziemi. (Uwaga na marginesie terminologii: „Obrót” zwykle oznacza „orbitę na odległość”, podczas gdy „obróć” oznacza „wirowanie wokół osi”, jak góra. Większość obiektów astronomicznych tworzy kombinację obu tych elementów). Był to krok we właściwym kierunku, który nie umieścił Brahe na celowniku przywódców kościelnych.
Współczesny Brahe Galileusz (1564-1642) był człowiekiem, którego praca ostatecznie oznaczała upadek naukowego geocentryzmu. W 1610, po wynalezieniu prymitywnego, ale użytecznego teleskopu, odkrył księżyce krążące wokół Jowisza. Gdyby Arystoteles miał rację co do wszystkich rzeczy krążących wokół Ziemi, taka sytuacja byłaby niemożliwa. Galileusz używał również swojego teleskopu do obserwacji gór i wulkanów na Księżycu, plam słonecznych, pojedynczych gwiazd w ramieniu Drogi Mlecznej i faz księżycowych Wenus. Szczególnie uderzający był ten ostatni. Jeśli wyobrazimy sobie wszechświat, w którym Wenus jest zawsze pomiędzy Słońcem a Ziemią, nigdy nie będzie on w pełni oświetlony dzięki podstawowej geometrii. Zawsze wyglądał jak jakiś sierp księżyca; jego w pełni oświetlona strona zawsze byłaby odwrócona od Ziemi w kierunku bardziej odległego słońca. Galileo jasno pokazał, że tak nie jest.
Za swoje kłopoty Galileusz został umieszczony przez urzędników kościelnych w areszcie domowym na ostatnie lata swojego życia. Chociaż wydaje się to raczej błędną karą dla kogoś, kogo „przestępstwo” znacznie polepszyło stan ludzkich dociekań naukowych i wiedzy, przynajmniej uniknął śmierci karę za herezję wymierzoną innym przeciwnikom geocentryzmu, zwłaszcza włoskiemu naukowcowi Giordano Bruno, który został spalony na stosie za popieranie Kopernika pomysły.
Jakie jest znaczenie heliocentryzmu?
Oczywiście, jeśli ludzkość nadal działała tak, jakby Ziemia znajdowała się w centrum wszechświata, nie ma to żadnego znaczenia postęp mógł zostać poczyniony w praktycznie każdej dziedzinie zależnej od znajomości rażących szczegółów współczesnego astronomia. Wysyłanie statków kosmicznych w kierunku planet takich jak Mars (na powierzchni których ludzie wylądowali sondy), a także Jowisz, Saturn, Neptun i Pluton (z których wszystkie gościły blisko przeloty statków kosmicznych) przy użyciu modelu geocentrycznego jest ćwiczeniem myślowym graniczącym z absurdem, podobnym do wyobrażenia sobie kogoś płynącego z Los Angeles do Sydney na pospiesznie nabazgranej mapie Kalifornia.
Wiedza, że systemy przestrzegają kluczowych praw grawitacyjnych, umożliwiła astronomom badanie bardzo odległych obiektów, takich jak galaktyki i supernowe, aby lepiej skoncentrować swoje wysiłki i dokładniej przewidywać ruchy ciał niebieskich ciała.