Det er ikke svært at sige, at den kopernikanske revolution grundlæggende ændrede den måde, vi tænker om vores plads i universet på. I antikken troede man, at Jorden var centrum for solsystemet og universet, mens vi nu ved, at vi kun befinder os på en af mange planeter, der kredser om solen.

Men dette skift i synspunkt skete ikke fra den ene dag til den anden. Det tog snarere næsten et århundrede med ny teori og omhyggelige observationer, ofte ved hjælp af simpel matematik og rudimentære instrumenter, at afsløre vores sande position på himlen.

Vi kan få et indblik i, hvordan dette gennemgribende skift udviklede sig, ved at se på de faktiske notater, som de astronomer, der bidrog til det, efterlod. Disse noter giver os et fingerpeg om det arbejde, den indsigt og den genialitet, der var drivkraften bag den kopernikanske revolution.

Vandrende stjerner

Forestil dig, at du er en astronom fra oldtiden, der udforsker nattehimlen uden teleskop. I første omgang skiller planeterne sig ikke rigtig ud fra stjernerne. De er en smule lysere end de fleste stjerner og funkler mindre, men ligner ellers stjerner.

I antikken var det, der virkelig adskilte planeterne fra stjernerne, deres bevægelse gennem himlen. Fra nat til nat bevægede planeterne sig gradvist i forhold til stjernerne. Faktisk er “planet” afledt af det oldgræske ord for “vandrende stjerne”.

Mars’ bevægelse i løbet af mange uger.

Og planeters bevægelse er ikke enkel. Planeterne ser ud til at sætte farten op og sænke farten, mens de krydser himlen. Planeterne vender endda midlertidigt om i retning, idet de udviser “retrograd bevægelse”. Hvordan kan dette forklares?

Ptolemæus’ epicyklusser

En side af en arabisk kopi af Ptolemæus’ Almagest, der illustrerer den ptolemæiske model for en planet, der bevæger sig rundt om Jorden. Qatar National Library

De gamle græske astronomer udarbejdede geocentriske (jordcentrerede) modeller af solsystemet, som nåede deres højdepunkt med Ptolemæus’ arbejde. Denne model, der stammer fra en arabisk kopi af Ptolemæus’ Almagest, er illustreret ovenfor.

Ptolemæus forklarede planeternes bevægelse ved hjælp af en overlejring af to cirkulære bevægelser, en stor “deferent” cirkel kombineret med en mindre “epicykel” cirkel.

Dertil kommer, at hver planets deferent kunne være forskudt i forhold til Jordens position, og den konstante (vinkel)bevægelse omkring deferenten kunne defineres ved hjælp af en position, der kaldes en ækvante, i stedet for Jordens position eller deferentens centrum. Forstår du det?

Det er ret kompliceret. Men til hans ære forudsagde Ptolemæus’ model planeternes positioner på nattehimlen med en nøjagtighed på et par grader (nogle gange bedre). Og den blev således det primære middel til at forklare planeternes bevægelse i over et årtusind.

Copernicus’ skift

Den kopernikanske revolution placerede solen i centrum af vores solsystem. Kongresbibliotek

I 1543, hans dødsår, indledte Nicolaus Copernicus sin navnkundige revolution med udgivelsen af De revolutionibus orbium coelestium (Om himmelsfærernes omdrejninger). Kopernikus’ model for solsystemet er heliocentrisk, hvor planeterne kredser om solen i stedet for om Jorden.

Den måske mest elegante del af den kopernikanske model er dens naturlige forklaring på planeternes skiftende tilsyneladende bevægelse. Planeter som Mars’ retrograde bevægelse er blot en illusion, der skyldes, at Jorden “overhaler” Mars, når de begge kredser om solen.

Ptolemaisk bagage

Den oprindelige kopernikanske model har ligheder med ptolemaiske modeller, herunder cirkulære bevægelser og epicyklusser. Kongresbibliotek

Det var desværre sådan, at den oprindelige kopernikanske model blev lastet med den ptolemæiske bagage. De kopernikanske planeter bevægede sig stadig rundt i solsystemet ved hjælp af bevægelser, der blev beskrevet ved overlejring af cirkelbevægelser. Kopernikus bortskaffede ækvanten, som han foragtede, men erstattede den med den matematisk tilsvarende epicyklet.

Astronom-historikeren Owen Gingerich og hans kolleger beregnede planetkoordinater ved hjælp af de ptolemæiske og kopernikanske modeller fra den tid og fandt, at begge havde sammenlignelige fejl. I nogle tilfælde er Mars’ position fejlbehæftet med 2 grader eller mere (langt større end månens diameter). Desuden var den oprindelige kopernikanske model ikke enklere end den tidligere ptolemæiske model.

Da astronomerne i det 16. århundrede ikke havde adgang til teleskoper, newtonsk fysik og statistik, var det ikke indlysende for dem, at den kopernikanske model var den ptolemæiske model overlegen, selv om den korrekt placerede solen i centrum af solsystemet.

Langt kommer Galilei

Galileis teleskopiske observationer af planeterne, herunder Venus’ faser, viste, at planeterne bevæger sig rundt om solen. NASA

Fra 1609 brugte Galileo Galilei det nyligt opfundne teleskop til at observere solen, månen og planeterne. Han så månens bjerge og kratere og afslørede for første gang, at planeterne var verdener i deres egen ret. Galilei gav også stærke observationelle beviser for, at planeter kredser om solen.

Galileos observationer af Venus var særligt overbevisende. I de ptolemæiske modeller forbliver Venus hele tiden mellem Jorden og Solen, så vi skal for det meste se Venus’ natside. Men Galilei var i stand til at observere den dagslysende side af Venus, hvilket indikerer, at Venus kan befinde sig på den modsatte side af solen i forhold til Jorden.

Keplers krig med Mars

Johannes Kepler triangulerede Mars’ position ved hjælp af observationer af Mars, når den vendte tilbage til den samme position i sin bane. University of Sydney

De cirkulære bevægelser i de ptolemæiske og kopernikanske modeller resulterede i store fejl, især for Mars, hvis forudsagte position kunne være forkert med flere grader. Johannes Kepler brugte flere år af sit liv på at forstå Mars’ bevægelse, og han knækkede dette problem med et yderst genialt våben.

Planeterne gentager (omtrent) den samme bane, når de kredser om solen, så de vender tilbage til den samme position i rummet én gang i hver omløbstid. For eksempel vender Mars tilbage til den samme position i sin bane hver 687. dag.

Da Kepler kendte de datoer, hvor en planet ville være på den samme position i rummet, kunne han bruge Jordens forskellige positioner langs dens egen bane til at triangulere planeternes positioner, som illustreret ovenfor. Ved hjælp af astronomen Tycho Brahes observationer fra før teleskopet var Kepler i stand til at spore planeternes elliptiske baner, mens de kredsede om solen.

Dette gjorde det muligt for Kepler at formulere sine tre love for planeternes bevægelse og forudsige planeternes positioner med langt større præcision end tidligere muligt. Han lagde således grunden til den newtonske fysik i slutningen af det 17. århundrede og den bemærkelsesværdige videnskab, der fulgte efter.

Kepler selv indfangede det nye verdensbillede og dets bredere betydning i 1609’s Astronomia nova (Ny astronomi):

For mig er sandheden imidlertid endnu mere from, og (med al respekt for kirkens doktorer) beviser jeg filosofisk ikke blot, at jorden er rund, ikke blot at den er beboet hele vejen rundt ved antipoderne, ikke blot at den er foragteligt lille, men også at den bæres med blandt stjernerne.