Протягом багатьох тисяч років, коли люди дивилися на зірки, наше уявлення про те, як виглядає Всесвіт, різко змінилося. Свого часу волхви і мудреці світу вважали, що Всесвіт складається з плоскої Землі (або квадратної, зигарута тощо), оточеної Сонцем, Місяцем і зірками. З часом стародавні астрономи усвідомили, що деякі зірки рухаються не так, як інші, і почали розуміти, що це теж планети.
Згодом ми також почали розуміти, що Земля справді кругла, і придумали раціональні пояснення поведінки інших небесних тіл. А ще в класичну давнину вчені сформулювали ідеї про те, як відбувався рух планет і як усі небесні кулі з’єднувалися. Це дало початок геоцентричної моделі Всесвіту, нині неіснуючої моделі, яка пояснювала, як Сонце, Місяць і небосхили кружляли навколо нашої планети.
Думка про те, що Земля була центром Всесвіту, безперечно, зрозуміла. Стародавнім людям, дивлячись на небо, здавалося очевидним, що Сонце, Місяць і зірки обертаються навколо Землі раз на добу. Для спостерігача на Землі земля, на якій вони стояли, здавалася нерухомою точкою відліку, плоскою площиною, з якої можна було спостерігати за кружляючим космосом.
І з часом, завдяки багатовіковому веденню записів різними цивілізаціями – від стародавніх вавилонських і єгипетських астрономів до сучасних середземноморських – почала з’являтися формалізована система, яка поставила Землю в центр всього сущого. Це продовжувалося залишатися в 17-м і 18-м століттях, до цього моменту невідповідності моделі призвели до того, що від неї відмовилися на користь геліоцентричний режим в.
Порівняння геоцентричної та геліоцентричної моделей Всесвіту. Авторство: history.ucsb.edu
Стародавня Греція:
Найдавніший зареєстрований приклад геоцентричного Всесвіту походить приблизно з 6 століття до нашої ери. Саме в цей час досократівський філософ Анаксимандр запропонував космологічну систему, в якій циліндрична Земля була в центрі всього. Тим часом Сонце, Місяць і планети були отворами в невидимих колесах, що оточували Землю, через які люди могли бачити прихований вогонь.
У цьому ж столітті піфагорійці почали припускати, що Земля була круглою, на основі спостереження затемнень (і, швидше за все, спостереження за зодіаком з різних широт). У 4 столітті до нашої ери ця ідея об’єдналася з концепцією геоцентричного Всесвіту, щоб створити космологічну систему, яку підтримувала більшість греків.
Також у 4 столітті до нашої ери Платон і Аристотель створили роботи про геоцентричний Всесвіт, які забезпечили б собі місце як переважаюча космологічна теорія. За Платоном, Земля була кулею і нерухомим центром Всесвіту. Зірки і планети переносилися навколо Землі на сферах або колах, розташованих в порядку відстані від центру. Це були Місяць, Сонце, Венера, Меркурій, Марс, Юпітер, Сатурн, нерухомі зірки та нерухомі зірки.
Його систему розширив Євдокс Кнідський, сучасник Платона, який розробив менш міфічне, більш математичне пояснення руху планет на основі платонівської ідеї рівномірний круговий рух . Аристотель розробив систему Євдокса, помістивши сферичну Землю в центрі, а всі інші небесні тіла розташовані в концентричних кристалічних (тобто прозорих) сферах навколо неї.
Ілюстрація моделей Всесвіту Анаксимандра. Ліворуч, вдень влітку; праворуч, вночі взимку. Авторство: iep.utm.edu/Дірк Л. Купрі
Всі ці сфери рухалися з різною рівномірною швидкістю, створюючи обертання тіл навколо Землі, і складалися з нетлінної речовини під назвою «ефір». Далі він описав свою систему, пояснюючи природні тенденції земних елементів, якими, згідно з сучасними віруваннями, були земля, вода, вогонь, повітря; хоча Аристотель включив п'ятий елемент «небесного ефіру».
Земля була найважчим елементом, тому вона рухалася до центру; тоді як вода, вогонь і повітря утворюють шари навколо нього. Поза цими шарами лежали тверді сфери ефіру, в які були закладені небесні тіла. Іншим важливим аспектом його моделі було включення «Першого двигуна», свого роду деїстичної концепції, згідно з якою весь рух у Всесвіті ініціюється істотою або силою, які самі по собі «незрушені».
Підтримка цього космологічного принципу була заснована на ряді загальноприйнятих теорій. По-перше, якщо Земля рухатиметься, вчені вважали, що спостерігається зміна положення нерухомих зірок і сузір’їв (він же. зоряний паралакс ). Це можна було пояснити міркуванням про те, що вони були або нерухомі, або набагато далі, ніж вважалося. Природно, вони вирішили повірити першому, оскільки це було найпростіше пояснення.
Іншим спостереженням, яке підтверджує геоцентричну теорію, була очевидна послідовність світності Венери, яка була інтерпретована як означала, що вона була на однаковій відстані від Землі в будь-який момент часу. Хоча пізніше це можна було пояснити як результат фаз Венери, компенсуючих її збільшення видимого розміру, стародавнім астрономам не вистачало засобів, щоб побачити, як це відбувається (тобто телескопів).
Космологічна модель Аристотеля із сферичною Землею в центрі , оточеною Місяцем, Сонцем, планетами та «нерухомими зірками». Авторство: csep10.phys.utk.edu
Модель Птолемея:
Але це не означає, що євдоксіансько-артізотелівська модель не мала певної частини недоліків. Наприклад, видима світність Меркурія, Марса і Юпітера з часом змінювалася. Крім того, проходження Марса і Юпітера по небу підлягало « ретроградний рух “Явище, коли вони, здавалося б, сповільнюються, рухаються назад, а потім знову рухаються вперед по зодіаку.
Усе це суперечило вірі в рівномірний круговий рух, що означало б зміни видимої світності або зміни видимого руху планети по небу. Вирішення цих питань і стандартизація багатьох аспектів арістотелівської системи стали б роботою єгипетсько-грецького астронома Клавдія Птолемея (він же Птолемей).
У своєму трактаті Альмагест , який був випущений у 2 столітті нашої ери, Птолемей оприлюднив свою концепцію геоцентричного всесвіту, яка залишиться загальноприйнятою у наступні 1500 років. Спираючись на багатовікові астрономічні традиції, починаючи від Вавилонії і закінчуючи сучасністю, Птолемей стверджував, що Земля знаходиться в центрі Всесвіту, планети і Сонце обертаються навколо неї, а зірки знаходяться на скромній відстані від центру.
Кожна планета в цій системі також рухається системою двох сфер – а відкладаючий і an епіцикл . Деферент — це коло, центр якого віддалено від Землі, що використовувалося для врахування різниці в тривалості пір року. Епіцикл вбудований у деферентну сферу, виконуючи роль свого роду «колеса в колесі». Метою епіциклу було пояснити ретроградний рух, коли планети на небі, здається, сповільнюються, рухаються назад, а потім знову рухаються вперед.
На жаль, ці пояснення не врахували всіх спостережуваних поведінок планет. Найбільш помітно, що розмір ретроградної петлі планети (особливо Марса) іноді був меншим і більшим, ніж очікувалося. Щоб полегшити проблему, Птолемей розробив еквант – геометричний інструмент, розташований поблизу центру орбіти планети, який змушує її рухатися з рівномірною кутовою швидкістю.
Для спостерігача, який стоїть у цій точці, епіцикл планети завжди здається рухатися з рівномірною швидкістю, тоді як з усіх інших місць він рухається з нерівномірною швидкістю. Хоча ця система залишалася загальноприйнятою космологічною моделлю в римському, середньовічному Європейський та ісламський світ протягом понад тисячі років був громіздким за сучасними мірками.
Правда, йому вдалося передбачити рух планет із достатньою точністю, і воно використовувалося для підготовки астрологічних та астрономічних карт, поки не було замінено геліоцентричною моделлю Всесвіту. У той же час, однак, для кожної планети в моделі потрібен епіцикл, що обертається на деференті і зміщується на еквант, які також були різними для кожної планети. З часом ці складнощі будуть вирішені.
Середньовічний геоцентризм:
Протягом Середньовіччя геоцентрична модель набула нової сили і, як синтезована з християнською теологією, стала важливим каноном. Як частина загальної тенденції, згідно з якою класичні знання були заново відкриті в 13 столітті і пізніше, прийняття аристотелівсько-птолемеєвої моделі Всесвіту було частиною шлюбу між вченими, такими як св. Тома Аквінський, поборниками Віри та Розуму.
Сторінки з «Tractatus de Sphere» Сакробоско (1550), що показують систему Птолемея. Авторство: Wikipedia Commons
Для початку, поділ Всесвіту на «небеса» і Землю, з Землею в центрі творіння і небесами за його межами, узгоджується з християнським уявленням про те, що людство є вершиною Божого творіння. По-друге, Перворушій Аристотелевого космосу був інтерпретований як Бог християнської теології, а найзовнішня сфера Перворушія прирівнювалася до християнського Неба.
В результаті цього заперечення точки зору про те, що небеса обертаються навколо Землі, було не просто науковою справою, а питанням єресі. Тому вона не була оскаржена лише в 16 столітті з опублікуванням Микола Коперник ' Коперника (Про оберти небесних сфер),яку він опублікував лише посмертно, щоб уникнути суперечок. Саме тому підтримка геліоцентричної моделі Всесвіту також була ретельно загартована, а її прийняття поступове.
Геоцентричний погляд на Всесвіт також був загальноприйнятою космологічною моделлю в ісламському світі протягом середньовіччя. Однак, починаючи з 10 століття нашої ери, було кілька мусульманських астрономів, які кидали виклик одному з інших аспектів роботи Птолемея. Наприклад, іранський астроном Абу Саїд ас-Сіджзі (прибл. 945 – бл. 1020) суперечив моделі Птолемея, стверджуючи, що Земля обертається навколо своєї осі, пояснюючи таким чином очевидний добовий цикл і обертання зірок відносно Землі. .
На початку 11 століття єгипетсько-арабський астроном Альхазен написав критику під назвоюСумніви щодо Птолемея(близько 1028 р.), в якому він критикував багато аспектів своєї моделі. Приблизно в той же час іранський філософ Абу Райхан Біруні (973 – 1048) обговорював можливість обертання Землі навколо власної осі та навколо Сонця – хоча він вважав це філософським, а не математичним питанням.
Ілюстрація з астрономічних робіт аль-Біруні, що пояснює різні фази Місяця та припускає, що Земля обертається навколо своєї осі. Авторство: Public Domain
У 11 і 12 століттях кілька андалузьких астрономів, зосереджених на території Альмохадів (мавританської) Іспанії, також кинули виклик геоцентричній моделі Всесвіту. Наприклад, астроном 11 століття Абу Ісхак Ібрагім аз-Заркалі (він же Арзахель) відійшов від давньогрецької ідеї рівномірного кругового руху, висунувши гіпотезу, що планета Меркурій рухається по еліптичній орбіті.
У 12 столітті андалузець Нур ад-Дін аль-Бітруджі (він же Альпетрагій) запропонував планетарну модель, яка відмовилася від еквантного, епіциклового та ексцентричного механізмів. Після цього Фахр ад-Дін ар-Разі (1149–1209) опублікував свій трактатМаталіб, який займався концептуальною фізикою. У ньому він відкинув уявлення про центральне місце Землі у Всесвіті і замість цього запропонував космологію, в якій існували «тисячі тисяч світів за межами цього світу...»
А в обсерваторії Мараґа на сході Ірану, мечеті Дамаска та обсерваторії Улуг-Бега (він же Самарканд) у сучасному Казахстані обертання Землі обговорювалося кількома поколіннями астрономів у 13-15 століттях. Хоча вони були переважно філософськими за своєю суттю і не привели до прийняття геліоцентризму, багато аргументів і доказів нагадували ті, які використовував пізніше Коперник.
Геліоцентрична модель:
У 16 столітті Микола Коперник почав розробляти свою версію геліоцентричної моделі, яка стала кульмінацією багаторічних досліджень. Як і інші до нього, Коперник спирався на роботу ряду класичних астрономів, які не підтримували геоцентричний погляд, а також віддаючи данину пошані школі Мараги та кільком видатним філософам з ісламського світу.
Ілюстрація Андреаса Целларіуса системи Коперника з Harmonia Macrocosmica (1708). Авторство: Public Domain
До 1514 століття Коперник узагальнив свої ідеї в короткому трактаті під назвою Commentariolus («Маленький коментар»), який він почав розсилати друзям. Цей рукопис на сорока сторінках описав його ідеї про геліоцентричну гіпотезу, яка базувалася на семи загальних принципах. Ці принципи стверджували, що:
- Не всі небесні тіла обертаються навколо однієї точки
- Центром Землі є центр місячної сфери — орбіта Місяця навколо Землі
- Усі сфери обертаються навколо Сонця, яке знаходиться поблизу центру Всесвіту
- Відстань між Землею і Сонцем є незначною частиною відстані від Землі і Сонця до зірок, тому паралакс у зірках не спостерігається
- Зірки нерухомі – їх видимий добовий рух зумовлений щоденним обертанням Землі
- Земля рухається по кулі навколо Сонця, викликаючи видиму річну міграцію Сонця. Земля має більш ніж один рух
- Орбітальний рух Землі навколо Сонця викликає, здавалося б, зворотний напрямок руху планет
Після цього він продовжував збирати дані для більш детальної роботи, і до 1532 року він наблизився до завершення рукопису свого великого твору – Коперника (Про оберти небесних сфер).У ньому він висунув свої сім основних аргументів, але в більш детальній формі та з детальними обчисленнями, щоб їх підтвердити.
Розмістивши орбіти Меркурія та Венери між Землею та Сонцем, Коперник зміг пояснити зміни їхнього вигляду. Коротше кажучи, коли вони знаходяться на протилежній стороні Сонця відносно Землі, вони здаються меншими, але повними. Коли вони знаходяться на тій же стороні Сонця, що і Земля, вони здаються більшими і «рогатими» (у формі півмісяця).
Він також пояснив ретроградний рух таких планет, як Марс і Юпітер, показавши, що земні астрономи мають не фіксовану систему відліку, а рухому. Це додатково пояснювало, як Марс і Юпітер можуть здаватися значно більшими в певний час, ніж в інші. По суті, вони значно ближче до Землі, коли знаходяться в опозиції, ніж коли вони знаходяться в з’єднанні.
Однак через побоювання, що публікація його теорій призведе до осуду з боку церкви (а також, можливо, через занепокоєння, що його теорія має певні наукові недоліки), він призупинив дослідження за рік до смерті. Лише в 1542 році, коли він був близько до смерті, його трактат відправили до Нюрнберга для друку.
Завдяки винаходу телескопа, постійним спостереженням за рухом планет і витонченим розрахункам астрономи прийшли до розуміння, що Земля не є нерухомою. Тим не менш, протягом тисячоліть геоцентрична модель Всесвіту залишалася загальноприйнятою космологічною системою і використовувалася для розрахунку положення планети, затемнень та інших астрономічних явищ.
Зрештою, геоцентрична модель Всесвіту піддалася тій же долі, що й багато інших загальноприйнятих уявлень свого часу. Так само, як справжній вік Землі, біологічне походження людства та астрологія, віра в те, що Земля є центром Всесвіту, не пережила розширення знань, яке відбулося до 17 століття.
У нас на Universe Today є багато цікавих статей про геоцентричну модель Всесвіту. Ось Яка різниця між геоцентричним і геліоцентричним Всесвітом? , Де знаходиться Центр Всесвіту , і Земля обертається навколо Сонця?
У Astronomy Cast також є епізод на цю тему Епізод 77: Де знаходиться центр Всесвіту
Для отримання додаткової інформації перегляньте сторінку Земної обсерваторії NASA на Рух планет , а також сторінку проекту Polaris на Модель Птолемея .