Nó không phải là một căng để nói những nhà thiên văn học về cơ bản đã thay đổi cách chúng ta nghĩ về nơi chúng ta trong vũ trụ. Chúng ta có thể hiểu rõ hơn về sự thay đổi sâu sắc này diễn ra bằng cách nhìn vào ghi chú thực tế của họ.
Bản phác thảo của mặt trăng Galileo, cho thấy các giai đoạn của nó. Hình ảnh qua Wikimedia.
Michael J. I. Brown, Đại học Monash
Nó không phải là một sự căng thẳng để nói rằng cuộc cách mạng Copernican về cơ bản đã thay đổi cách chúng ta nghĩ về vị trí của chúng ta trong vũ trụ. Trong thời cổ đại, người ta tin rằng Trái đất là trung tâm của hệ mặt trời và vũ trụ, trong khi bây giờ chúng ta biết rằng chúng ta đang ở trên một trong số nhiều hành tinh quay quanh mặt trời.
Nhưng sự thay đổi trong quan điểm này đã không xảy ra qua đêm. Thay vào đó, phải mất gần một thế kỷ của lý thuyết mới và quan sát cẩn thận, thường sử dụng toán học đơn giản và các công cụ thô sơ, để tiết lộ vị trí thực sự của chúng ta trên các tầng trời.
Chúng ta có thể hiểu rõ hơn về sự thay đổi sâu sắc này diễn ra như thế nào bằng cách nhìn vào các ghi chú thực tế mà các nhà thiên văn học đã đóng góp cho nó. Các thuyết minh này cung cấp cho chúng tôi một đầu mối để các lao động, hiểu biết sâu sắc và thiên tài mà lái xe cách mạng Copernicus.
Ngôi sao lang thang
Hãy tưởng tượng bạn là một nhà thiên văn học từ thời cổ đại, khám phá bầu trời đêm mà không cần sự trợ giúp của kính viễn vọng. Lúc đầu, các hành tinh don lồng thực sự phân biệt với các ngôi sao. Chúng sáng hơn một chút so với hầu hết các ngôi sao và ít lấp lánh hơn, nhưng nếu không thì trông giống như các ngôi sao.
Trong thời cổ đại, những gì thực sự phân biệt các hành tinh với các ngôi sao là chuyển động của chúng trên bầu trời. Từ đêm đến đêm, các hành tinh dần dần di chuyển đối với các ngôi sao. Thật vậy, hành tinh của người Viking có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp cổ đại cho ngôi sao lang thang.
Chuyển động của sao Hỏa trong nhiều tuần.
Và chuyển động hành tinh không phải là đơn giản. Các hành tinh dường như tăng tốc và chậm lại khi chúng băng qua bầu trời. Các hành tinh thậm chí tạm thời đảo ngược hướng, thể hiện chuyển động lùi của Hồi giáo. Làm thế nào điều này có thể được giải thích?
Chu kỳ Ptolemy
Một trang của một bản sao tiếng Ả Rập của Ptolemy Almagest, minh họa mô hình Ptolemaic cho một hành tinh di chuyển quanh Trái đất. Hình ảnh thông qua Thư viện Quốc gia Qatar.
Các nhà thiên văn học Hy Lạp cổ đại đã tạo ra các mô hình địa tâm (tập trung vào Trái đất) của hệ mặt trời, đạt đến đỉnh cao của họ với công trình của Ptolemy. Mô hình này, từ một bản sao tiếng Ả Rập của Ptolemy Almagest, được minh họa ở trên.
Ptolemy đã giải thích chuyển động của hành tinh bằng cách sử dụng sự chồng chất của hai chuyển động tròn, một vòng tròn lớn bị trì hoãn ở mức độ cao kết hợp với một vòng tròn ep ep ba vòng nhỏ hơn.
Hơn nữa, mỗi hành tinh khác có thể được bù trừ từ vị trí của Trái đất và chuyển động ổn định (góc) xung quanh vật cản có thể được xác định bằng cách sử dụng một vị trí như là một phương trình, thay vì vị trí của Trái đất hoặc trung tâm của độ trễ. Got đó?
Nó khá phức tạp. Nhưng, theo tín dụng của mình, mô hình Ptolemy, đã dự đoán vị trí của các hành tinh trên bầu trời đêm với độ chính xác vài độ (đôi khi tốt hơn). Và do đó, nó trở thành phương tiện chính để giải thích chuyển động hành tinh trong hơn một thiên niên kỷ.
Sự thay đổi của Copernicus
Cuộc cách mạng Copernican đặt mặt trời ở trung tâm hệ mặt trời của chúng ta. Hình ảnh thông qua Thư viện Quốc hội.
Năm 1543, năm ngày mất của ông, Nicolaus Copernicus bắt đầu cuộc cách mạng cùng tên của ông với việc xuất bản De Revolutionibus orbium coelestium (Về các cuộc cách mạng của các thiên thể). Mô hình Copernicus, cho hệ mặt trời là nhật tâm, với các hành tinh quay quanh mặt trời chứ không phải Trái đất.
Có lẽ mảnh thanh lịch nhất của mô hình Copernicus là lời giải thích tự nhiên của nó trong những thay đổi chuyển động biểu kiến của các hành tinh. Chuyển động lùi của các hành tinh như Sao Hỏa chỉ là ảo ảnh, gây ra bởi Trái đất vượt qua Sao Hỏa khi cả hai đều quay quanh mặt trời.
Hành lý Ptolemaic
Mô hình Copernican ban đầu có những điểm tương đồng với mô hình Ptolemaic, bao gồm chuyển động tròn và epicycar. Hình ảnh thông qua Thư viện Quốc hội.
Thật không may, mô hình Copernican ban đầu đã được tải với hành lý Ptolemaic. Các hành tinh Copernicus vẫn đi khắp các hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng chuyển động được mô tả bởi sự chồng chất của chuyển động tròn. Copernicus đã vứt bỏ phương trình mà anh ta coi thường, nhưng thay thế nó bằng epicyclet tương đương về mặt toán học.
Nhà thiên văn học - nhà sử học Owen Gingerich và các đồng nghiệp đã tính toán tọa độ hành tinh bằng cách sử dụng mô hình Ptolemaic và Copernican của thời đại, và thấy rằng cả hai đều có lỗi tương đương. Trong một số trường hợp, các vị trí của sao Hỏa là do lỗi của 2 độ trở lên (lớn hơn nhiều so với đường kính của mặt trăng). Hơn nữa, mô hình Copernican ban đầu không đơn giản hơn mô hình Ptolemaic trước đó.
Khi các nhà thiên văn học thế kỷ 16 không tiếp cận được với kính viễn vọng, vật lý Newton và các số liệu thống kê, họ không rõ ràng rằng mô hình Copernican vượt trội hơn mô hình Ptolemaic, mặc dù nó đặt chính xác mặt trời ở trung tâm của hệ mặt trời.
Cùng đến với Galileo
Các quan sát kính thiên văn Galileo, của các hành tinh, bao gồm các giai đoạn của Sao Kim, đã chứng minh rằng các hành tinh di chuyển quanh mặt trời. Hình ảnh qua NASA.
Từ năm 1609, Galileo Galilei đã sử dụng kính viễn vọng được phát minh gần đây để quan sát mặt trời, mặt trăng và các hành tinh. Ông nhìn thấy những ngọn núi và miệng núi lửa, và lần đầu tiên tiết lộ các hành tinh là thế giới theo cách riêng của chúng. Galileo cũng cung cấp bằng chứng quan sát mạnh mẽ rằng các hành tinh quay quanh mặt trời.
Các quan sát về sao Kim của Galileo đặc biệt hấp dẫn. Trong các mô hình Ptolemaic, sao Kim vẫn ở giữa Trái đất và mặt trời mọi lúc, vì vậy chúng ta chủ yếu nên xem mặt đêm của sao Kim. Nhưng Galileo đã có thể quan sát phía ban ngày của Sao Kim, cho thấy Sao Kim có thể ở phía đối diện với mặt trời từ Trái đất.
Cuộc chiến Kepler với sao Hỏa
Johannes Kepler đã định hình vị trí của Sao Hỏa bằng cách sử dụng các quan sát Sao Hỏa khi nó trở lại vị trí tương tự trên quỹ đạo của nó. Hình ảnh thông qua Đại học Sydney.
Chuyển động tròn của các mô hình Ptolemaic và Copernican dẫn đến sai số lớn, đặc biệt đối với Sao Hỏa, vị trí dự đoán có thể bị sai lệch vài độ. Johannes Kepler đã dành nhiều năm trong cuộc đời để tìm hiểu chuyển động của Sao Hỏa và ông đã giải quyết vấn đề này bằng một vũ khí khéo léo nhất.
Các hành tinh (xấp xỉ) lặp lại cùng một đường khi chúng quay quanh mặt trời, vì vậy chúng trở lại cùng một vị trí trong không gian một lần trong mỗi chu kỳ quỹ đạo. Ví dụ, sao Hỏa trở lại vị trí tương tự trong quỹ đạo của nó sau mỗi 687 ngày.
Khi Kepler biết ngày mà một hành tinh sẽ ở cùng một vị trí trong không gian, anh ta có thể sử dụng các vị trí khác nhau của Trái đất dọc theo quỹ đạo của chính nó để định hình các vị trí hành tinh, như minh họa ở trên. Kepler, sử dụng các nhà thiên văn học Tycho Brahe, quan sát trước kính thiên văn, đã có thể tìm ra các đường elip của các hành tinh khi chúng quay quanh mặt trời.
Điều này cho phép Kepler xây dựng ba định luật về chuyển động hành tinh và dự đoán các vị trí hành tinh với độ chính xác cao hơn nhiều so với trước đây. Do đó, ông đã đặt nền móng cho vật lý Newton vào cuối thế kỷ 17 và khoa học đáng chú ý tiếp theo.
Chính Kepler đã nắm bắt được thế giới quan mới và tầm quan trọng của nó trong 1609 Thiên văn học tân tinh (Thiên văn học mới):
Tuy nhiên, đối với tôi, sự thật vẫn còn ngoan đạo hơn, và (với tất cả sự tôn trọng dành cho các Bác sĩ của Giáo hội) Tôi chứng minh về mặt triết học không chỉ trái đất tròn, không chỉ có nó ở khắp nơi ở các cực âm, không phải chỉ có điều nó nhỏ bé một cách khinh miệt, mà còn được mang theo giữa các vì sao.
Michael J. I. Brown, Phó giáo sư, Đại học Monash
Bài viết này ban đầu được xuất bản trong The Conversation. Đọc bài viết gốc.
Điểm mấu chốt: Hiểu biết sâu sắc về cuộc cách mạng của Copernicus và tầm nhìn của Galileo từ các nhà thiên văn học ghi chú và bản vẽ.