Nem túlzás azt állítani, hogy a kopernikuszi forradalom alapvetően megváltoztatta a világegyetemben elfoglalt helyünkről való gondolkodásunkat. Az ókorban az emberek úgy hitték, hogy a Föld a Naprendszer és a világegyetem középpontja, míg ma már tudjuk, hogy a Nap körül keringő sok bolygó közül csak egy vagyunk.

De ez a szemléletváltás nem egyik napról a másikra történt. Inkább csaknem egy évszázadnyi új elmélet és gondos, gyakran egyszerű matematikát és kezdetleges műszereket használó megfigyelés kellett ahhoz, hogy kiderüljön valódi helyzetünk az égbolton.

Az ehhez hozzájáruló csillagászok által hátrahagyott tényleges feljegyzéseket megvizsgálva betekintést nyerhetünk abba, hogyan bontakozott ki ez a mélyreható változás. Ezek a feljegyzések elárulják, milyen munka, meglátások és zsenialitás hajtotta a kopernikuszi forradalmat.

Vándorló csillagok

Képzeljük el, hogy egy ókori csillagász vagy, aki távcső nélkül fedezi fel az éjszakai égboltot. Eleinte a bolygók nem igazán különböztetik meg magukat a csillagoktól. Kicsit fényesebbek, mint a legtöbb csillag, és kevésbé pislákolnak, de egyébként úgy néznek ki, mint a csillagok.

Az ókorban a bolygókat az égbolton való mozgásuk különböztette meg igazán a csillagoktól. Éjszakáról éjszakára a bolygók fokozatosan mozogtak a csillagokhoz képest. A “bolygó” szó valóban az ógörög “vándorló csillag” szóból származik.

A Mars mozgása több héten keresztül.

És a bolygók mozgása nem egyszerű. A bolygók látszólag felgyorsulnak és lelassulnak, ahogy az égboltot átszelik. A bolygók átmenetileg még az irányukat is megfordítják, “retrográd mozgást” mutatva. Hogyan lehet ezt megmagyarázni?

Ptolemaiosz epiciklusai

Egy oldal Ptolemaiosz Almagestjének arab nyelvű másolatából, amely a Föld körül mozgó bolygó ptolemaioszi modelljét szemlélteti. Katari Nemzeti Könyvtár

A régi görög csillagászok geocentrikus (Föld-központú) modelleket alkottak a Naprendszerről, amelyek Ptolemaiosz munkásságával érték el csúcspontjukat. Ez a modell Ptolemaiosz Almagestjének egy arab másolatából származik, és a fenti képen látható.

Ptolemaiosz a bolygómozgást két körmozgás, egy nagy “deferens” kör és egy kisebb “epiciklus” kör szuperpozíciójával magyarázta.

Az egyes bolygók deferensét továbbá el lehetett tolni a Föld helyzetétől, és a deferens körüli egyenletes (szögletes) mozgást a Föld helyzete vagy a deferens középpontja helyett egy ekvantumként ismert pozíció segítségével lehetett meghatározni. Megértetted?

Ez meglehetősen bonyolult. De becsületére legyen mondva, hogy Ptolemaiosz modellje néhány fokos (néha jobb) pontossággal jósolta meg a bolygók helyzetét az éjszakai égbolton. És így vált a bolygómozgások magyarázatának elsődleges eszközévé több mint egy évezredig.

Kopernikusz elmozdulása

A kopernikuszi forradalom a Napot a Naprendszerünk középpontjába helyezte. Kongresszusi Könyvtár

Nikolausz Kopernikusz 1543-ban, halála évében, a De revolutionibus orbium coelestium (Az égi szférák forgásáról) című művének megjelenésével elindította névadó forradalmát. Kopernikusz Naprendszer-modellje heliocentrikus, a bolygók a Föld helyett a Nap körül keringenek.

A kopernikuszi modell talán legelegánsabb darabja a bolygók változó látszólagos mozgásának természetes magyarázata. A bolygók, például a Mars retrográd mozgása csupán illúzió, amit az okoz, hogy a Föld “megelőzi” a Marsot, miközben mindketten a Nap körül keringenek.

Ptolemaioszi poggyász

Az eredeti kopernikuszi modellnek vannak hasonlóságai a ptolemaioszi modellekkel, beleértve a körkörös mozgásokat és az epiciklusokat. Library of the Congress

Az eredeti kopernikuszi modellre sajnos rápakolták a ptolemaioszi poggyászt. A kopernikuszi bolygók még mindig a körmozgások szuperpozíciójával leírt mozgásokkal közlekedtek a Naprendszerben. Kopernikusz megszabadult az általa megvetett ekvantáltól, de a matematikailag egyenértékű epiciklettel helyettesítette azt.

Owen Gingerich csillagász-történész és munkatársai a korabeli ptolemaioszi és kopernikuszi modellek segítségével számították ki a bolygók koordinátáit, és megállapították, hogy mindkettő hasonló hibákkal rendelkezik. Néhány esetben a Mars pozíciója 2 fokos vagy annál nagyobb (a Hold átmérőjénél jóval nagyobb) hibát mutat. Ráadásul az eredeti kopernikuszi modell nem volt egyszerűbb, mint a korábbi ptolemaioszi modell.

Mivel a 16. századi csillagászok nem rendelkeztek távcsövekkel, newtoni fizikával és statisztikával, nem volt nyilvánvaló számukra, hogy a kopernikuszi modell jobb a ptolemaioszi modellnél, még akkor sem, ha az helyesen helyezte a Napot a Naprendszer középpontjába.

Mellettük jön Galilei

Galilei távcsöves megfigyelései a bolygókról, beleértve a Vénusz fázisait is, bebizonyították, hogy a bolygók a Nap körül keringenek. NASA

1609-től Galileo Galilei a nemrég feltalált távcsővel figyelte meg a Napot, a Holdat és a bolygókat. Meglátta a Hold hegyeit és krátereit, és először mutatta ki, hogy a bolygók önálló világok. Galilei erős megfigyelési bizonyítékot szolgáltatott arra is, hogy a bolygók a Nap körül keringenek.

Galileo megfigyelései a Vénuszról különösen meggyőzőek voltak. A ptolemaioszi modellek szerint a Vénusz mindig a Föld és a Nap között marad, ezért többnyire a Vénusz éjszakai oldalát kell néznünk. Galilei azonban a Vénusz nappali oldalát is meg tudta figyelni, ami arra utal, hogy a Vénusz a Földdel ellentétes oldalon is lehet a Naphoz képest.

Kepler háborúja a Marssal

Johannes Kepler a Mars helyzetét a Mars megfigyelései alapján háromszögelte be, amikor az a pályáján ugyanoda tért vissza. University of Sydney

A ptolemaioszi és kopernikuszi modellek körmozgása nagy hibákat eredményezett, különösen a Mars esetében, amelynek előre jelzett pozíciója több fokkal is tévedhetett. Johannes Kepler éveket szentelt életéből a Mars mozgásának megértésére, és ezt a problémát egy igen zseniális fegyverrel oldotta meg.

A bolygók (megközelítőleg) ugyanazt az utat ismétlik meg, miközben a Nap körül keringenek, tehát minden keringési periódusban egyszer térnek vissza ugyanabba a pozícióba a térben. Például a Mars 687 naponként tér vissza ugyanabba a pozícióba a pályáján.

Mivel Kepler ismerte azokat az időpontokat, amikor egy bolygó a térben ugyanabban a helyzetben van, a Föld különböző helyzeteit a saját pályája mentén felhasználhatta a bolygók helyzetének háromszögeléséhez, ahogy azt a fenti ábra mutatja. Kepler Tycho Brahe csillagász távcső előtti megfigyeléseit felhasználva képes volt nyomon követni a bolygók Nap körüli ellipszis alakú pályáját.

Ez lehetővé tette Kepler számára, hogy megfogalmazza a bolygómozgásra vonatkozó három törvényét, és a bolygók helyzetét a korábbinál sokkal pontosabban megjósolja. Ezzel megteremtette a 17. század végi newtoni fizika és az azt követő figyelemre méltó tudomány alapjait.

Kepler maga is megragadta az új világképet és annak szélesebb körű jelentőségét 1609-ben megjelent Astronomia nova (Új csillagászat) című művében:

Ezért nekem az igazság még jámborabb, és (minden tiszteletem az egyházi doktorok előtt) filozófiailag nemcsak azt bizonyítom, hogy a Föld kerek, nemcsak azt, hogy az antipódusoknál végig lakott, nemcsak azt, hogy megvetően kicsi, hanem azt is, hogy a csillagok között hordozzák.