Não é um exagero dizer que a revolução de Copérnico mudou fundamentalmente a forma como pensamos sobre o nosso lugar no universo. Na antiguidade as pessoas acreditavam que a Terra era o centro do sistema solar e do universo, enquanto agora sabemos que estamos em apenas um dos muitos planetas que orbitam o Sol.

Mas esta mudança de visão não aconteceu da noite para o dia. Ao contrário, foi preciso quase um século de nova teoria e observações cuidadosas, muitas vezes usando matemática simples e instrumentos rudimentares, para revelar nossa verdadeira posição no céu.

Podemos obter insights de como essa mudança profunda se desdobrou olhando para as notas reais deixadas pelos astrônomos que contribuíram para ela. Estas notas dão-nos uma pista sobre o trabalho, os insights e o génio que impulsionaram a revolução copernicana.

Estrelas errantes

Imagine que você é um astrônomo da antiguidade, explorando o céu noturno sem a ajuda de um telescópio. No início os planetas não se distinguem realmente das estrelas. Eles são um pouco mais brilhantes que a maioria das estrelas e cintilam menos, mas de resto parecem-se com estrelas.

Na antiguidade, o que realmente distinguia os planetas das estrelas era o seu movimento através do céu. De noite para noite, os planetas movimentavam-se gradualmente em relação às estrelas. De fato, “planeta” é derivado do grego antigo para “estrela errante”.

O movimento de Marte durante muitas semanas.

E o movimento planetário não é simples. Os planetas parecem acelerar e desacelerar à medida que atravessam o céu. Os planetas mesmo temporariamente invertem a direcção, exibindo um “movimento retrógrado”. Como isto pode ser explicado?

Ptolomeu epiciclos

Uma página de uma cópia árabe do Almagest de Ptolomeu, ilustrando o modelo Ptolemaic para um planeta que se move ao redor da Terra. Biblioteca Nacional do Qatar

Astrónomos gregos antigos produziram modelos geocêntricos (centrados na Terra) do sistema solar, que chegaram ao seu auge com o trabalho de Ptolomeu. Este modelo, a partir de uma cópia árabe do Almagest de Ptolomeu, é ilustrado acima.

Ptolomeu explicou o movimento planetário usando a sobreposição de dois movimentos circulares, um grande círculo “deferente” combinado com um círculo “epiciclo” menor.

Outras vezes, o movimento deferente de cada planeta poderia ser compensado a partir da posição da Terra e o movimento constante (angular) em torno do deferente poderia ser definido usando uma posição conhecida como equante, em vez da posição da Terra ou do centro do deferente. Percebeu isso?

É bastante complexo. Mas, para seu crédito, o modelo de Ptolomeu previu as posições dos planetas no céu noturno com uma precisão de alguns graus (às vezes melhor). E assim se tornou o principal meio de explicar o movimento planetário durante mais de um milênio.

Copernicus’ shift

A Revolução Copérnica colocou o Sol no centro do nosso sistema solar. Biblioteca do Congresso

Em 1543, ano da sua morte, Nicolaus Copérnico iniciou a sua revolução epónima com a publicação de De revolutionibus orbium coelestium (Sobre as Revoluções das Esferas Celestiais). O modelo de Copérnico para o sistema solar é heliocêntrico, com os planetas circulando ao redor do sol e não da Terra.

Talvez a peça mais elegante do modelo de Copérnico seja a sua explicação natural do movimento aparente de mudança dos planetas. O movimento retrógrado de planetas como Marte é apenas uma ilusão, causado pela Terra “ultrapassando” Marte à medida que ambos orbitam o Sol.

Ptolemaic baggage

O modelo Copérnico original tem semelhanças com os modelos Ptolemaic, incluindo movimentos circulares e epiciciclos. Biblioteca do Congresso

Felizmente, o modelo Copérnico original foi carregado com a bagagem Ptolemaic. Os planetas Copérnicos ainda percorriam o sistema solar usando os movimentos descritos pela sobreposição de movimentos circulares. Copérnico se desfez do equador, o que desprezava, mas o substituiu pelo epicicloto matematicamente equivalente.

Astrônomo-histórico Owen Gingerich e seus colegas calcularam coordenadas planetárias usando modelos Ptolemaic e Copernicus da época, e descobriram que ambos tinham erros comparáveis. Em alguns casos a posição de Marte está em erro de 2 graus ou mais (muito maior do que o diâmetro da lua). Além disso, o modelo Copérnico original não era mais simples que o modelo Ptolemaic anterior.

As astrônomos do século XVI não tinham acesso a telescópios, física Newtoniana e estatísticas, não era óbvio para eles que o modelo Copérnico era superior ao modelo Ptolemaic, embora ele colocasse corretamente o sol no centro do sistema solar.

Vem Long Galileo

As observações telescópicas dos planetas de Galileo, incluindo as fases de Vénus, demonstraram que os planetas viajam à volta do Sol. NASA

Desde 1609, Galileo Galilei utilizou o telescópio recentemente inventado para observar o Sol, a Lua e os planetas. Ele viu as montanhas e crateras da Lua, e pela primeira vez revelou os planetas a serem mundos por direito próprio. Galileu também forneceu fortes evidências observacionais de que os planetas orbitavam o Sol.

As observações de Galileo de Vénus foram particularmente convincentes. Em modelos Ptolemaic, Vénus permanece sempre entre a Terra e o Sol, por isso devemos ver principalmente o lado nocturno de Vénus. Mas Galileu foi capaz de observar o lado iluminado pelo dia de Vénus, indicando que Vénus pode estar do lado oposto do Sol da Terra.

Kepler’s war with Mars

Johannes Kepler triangulou a posição de Marte usando observações de Marte quando este regressou à mesma posição na sua órbita. Universidade de Sydney

Os movimentos circulares dos modelos Ptolemaic e Copernican resultaram em grandes erros, particularmente para Marte, cuja posição prevista poderia estar em erro de vários graus. Johannes Kepler dedicou anos da sua vida a compreender o movimento de Marte, e ele resolveu este problema com uma arma muito engenhosa.

Planetas (aproximadamente) repetem o mesmo caminho que orbitam o Sol, assim eles retornam à mesma posição no espaço a cada período orbital. Por exemplo, Marte retorna à mesma posição na sua órbita a cada 687 dias.

Como Kepler sabia as datas em que um planeta estaria na mesma posição no espaço, ele poderia usar as diferentes posições da Terra ao longo de sua própria órbita para triangular as posições dos planetas, como ilustrado acima. Kepler, usando as observações pré-telescópicas do astrônomo Tycho Brahe, foi capaz de traçar os caminhos elípticos dos planetas enquanto orbitavam o Sol.

Isso permitiu a Kepler formular suas três leis do movimento planetário e prever as posições planetárias com muito mais precisão do que era possível anteriormente. Ele assim lançou as bases para a física newtoniana do final do século 17, e a notável ciência que se seguiu.

O próprio Kepler capturou a nova visão do mundo e seu significado mais amplo na Astronomia nova de 1609 (Nova Astronomia):

Para mim, entretanto a verdade é ainda mais piedosa, e (com todo o respeito aos Doutores da Igreja) eu provo filosoficamente não apenas que a terra é redonda, não apenas que ela é habitada por todo o lado nos antípodas, não apenas que ela é desprezivelmente pequena, mas também que ela é transportada entre as estrelas.