コペルニクスの革命とガリレオのビジョン：写真で見る私たちの宇宙観の変化

コペルニクス革命は、宇宙における私たちの位置づけについての考え方を根本的に変えたといっても過言ではないでしょう。 古代、人々は地球が太陽系と宇宙の中心であると信じていましたが、現在では、私たちは太陽の周りを回る多くの惑星のうちの1つに過ぎないことが分かっています。

しかし、この見解の転換は一夜にして起こったものではなく、新しい理論と、しばしば簡単な数学と初歩的な機器を用いた注意深い観測によって、天界における我々の真の位置が明らかになるまで、ほぼ1世紀を要したのである。 これらのメモは、コペルニクス革命を推進した労働力、洞察力、そして天才を知る手がかりとなるのです。

さまよう星々

あなたが古代の天文学者で、望遠鏡を使わずに夜空を探索したと想像してください。 最初、惑星は星と区別がつきません。 他の星より少し明るく、あまり瞬きもしませんが、それ以外は星と同じように見えます。

古代、惑星と星を本当に区別したのは、空を飛ぶその動きでした。 夜から夜へと、惑星は星に対して徐々に移動していきました。 実際、「惑星」は古代ギリシャ語で「さまよう星」を意味する言葉に由来しています。

そして惑星の運動は単純ではありません。 惑星は空を横切るとき、速くなったり遅くなったりするように見えます。 惑星は、一時的に方向を逆転する「逆行運動」を示すことさえあります。

Ptolemy epicycles

古代ギリシャの天文学者たちは、地球を中心とした太陽系のモデルを作り、プトレマイオスの研究でその頂点に立ちました。 この模型は、プトレマイオスの『アルマゲスト』のアラビア語版で、上の図に描かれている。

プトレマイオスは惑星の運動を、大きな「偏流円」と小さな「外輪円」という2つの円運動を重ね合わせて説明しました。

さらに、各惑星の偏流は地球の位置からオフセットすることができ、偏流の周りの定常（角度）運動は、地球の位置や偏流の中心ではなく、赤道として知られている位置を使用して定義することができます。 わかりましたか？

これはかなり複雑です。 しかし、プトレマイオスのモデルは、彼の功績により、夜空の惑星の位置を数度（時にはそれ以上）の精度で予測することができました。 そして、このモデルは、千年以上にわたって惑星の運動を説明する主要な手段となったのです。

コペルニクスの転換

ニコラウス・コペルニクスは、その死の年である1543年に『De revolutionibus orbium coelestium（天球の回転について）』を出版し、彼の名を冠した革命を開始しました。 コペルニクスの太陽系モデルは、惑星が地球ではなく、太陽の周りを回る天動説である。

おそらくコペルニクスのモデルで最もエレガントな部分は、惑星の見かけ上の運動の変化を自然に説明したことでしょう。 火星などの惑星の逆行運動は単なる錯覚で、火星が太陽の周りを回るときに地球が「追い越した」ために起こる。 国会図書館

残念なことに、オリジナルのコペルニクス・モデルはプトレマイオスのお荷物を積んでいたのである。 コペルニクスの惑星は依然として円運動の重ね合わせで記述された運動を使って太陽系を旅していたのです。 コペルニクスは、彼が軽蔑していた等式を廃棄し、数学的に等価なエピシクレに置き換えた。

天文学者・歴史家のオーウェン・ジンゲリッチらが、当時の天動説とコペルニクスのモデルを使って惑星座標を計算したところ、どちらも同程度の誤差があることが判明。 火星の位置は2度以上（月の直径よりはるかに大きい）誤差があるケースもある。 さらに、オリジナルのコペルニクス・モデルは、それ以前の天動説のモデルよりも単純ではなかった。

16世紀の天文学者は、望遠鏡、ニュートン物理学、統計学を利用できなかったので、コペルニクス・モデルが天動説モデルよりも優れていることは、太陽を太陽系の中心に正しく置いていたとしても、彼らには明らかではなかったのである。

ガリレオの登場

1609年から、ガリレオ・ガリレイは発明されたばかりの望遠鏡を使って、太陽、月、惑星を観測した。 彼は月の山やクレーターを見、惑星がそれ自体で世界であることを初めて明らかにした。 また、ガリレオは、惑星が太陽の周りを回っているという強力な観測的証拠も提供した。

ガリレオによる金星の観測は、特に説得力があった。 天動説では、金星は常に地球と太陽の間にあるため、金星の夜側を見ることがほとんどである。

Kepler’s war with Mars

天動説と地動説の円運動は大きな誤差をもたらし、特に火星の予測位置は数度の誤差が生じることがあった。 ヨハネス・ケプラーは火星の運動を理解することに生涯を捧げ、最も独創的な武器でこの問題を解き明かしました。

惑星は太陽の周りを回るとき、（ほぼ）同じ軌道を繰り返すので、公転周期ごとに一度、宇宙の同じ位置に戻ってくる。 例えば、火星は687日ごとに軌道の同じ位置に戻ってくる。

ケプラーは、惑星が宇宙で同じ位置になる日を知っていたので、上図のように、地球の公転軌道上の異なる位置を利用して、惑星の位置を三角測量することができたのです。 ケプラーは、天文学者ティコ・ブラーエの望遠鏡を使った観測により、太陽の周りを回る惑星の楕円の軌道を追跡することができたのである。

これによって、ケプラーは惑星運動の三法則を定め、惑星の位置をそれまでよりもはるかに正確に予測することができるようになった。 こうしてケプラーは、17世紀後半のニュートン物理学の基礎を築き、その後の目覚ましい科学の発展をもたらしたのである。

ケプラー自身は、1609年の『新天文学』において、新しい世界観とその広い意義を捉えています。

しかしながら、私にとって真実は、さらに敬虔であり、（教会の博士たちに敬意を表して）私は哲学的に地球が丸いことだけではなく、対蹠点にずっと住んでいることだけではなく、非常に小さいことではなく、星の間に運ばれているということについても証明します。