Nu este o exagerare să spunem că revoluția copernicană a schimbat în mod fundamental modul în care ne gândim la locul nostru în univers. În antichitate, oamenii credeau că Pământul era centrul sistemului solar și al universului, în timp ce acum știm că ne aflăm doar pe una dintre multele planete care orbitează în jurul Soarelui.

Dar această schimbare de viziune nu a avut loc peste noapte. Mai degrabă, a fost nevoie de aproape un secol de noi teorii și observații atente, adesea folosind matematici simple și instrumente rudimentare, pentru a ne dezvălui adevărata noastră poziție în ceruri.

Potem să ne dăm seama cum s-a desfășurat această schimbare profundă dacă ne uităm la notele reale lăsate de astronomii care au contribuit la ea. Aceste însemnări ne oferă un indiciu despre munca, intuiția și geniul care au condus revoluția copernicană.

Stele rătăcitoare

Imaginați-vă că sunteți un astronom din antichitate, explorând cerul nopții fără ajutorul unui telescop. La început, planetele nu se disting cu adevărat de stele. Ele sunt puțin mai strălucitoare decât majoritatea stelelor și sclipesc mai puțin, dar în rest arată ca niște stele.

În antichitate, ceea ce distingea cu adevărat planetele de stele era mișcarea lor pe cer. De la o noapte la alta, planetele se deplasau treptat în raport cu stelele. Într-adevăr, „planetă” derivă din greaca veche pentru „stea rătăcitoare”.

Mișcarea lui Marte pe parcursul mai multor săptămâni.

Și mișcarea planetară nu este simplă. Planetele par să accelereze și să încetinească în timp ce traversează cerul. Planetele chiar inversează temporar direcția, prezentând „mișcare retrogradă”. Cum poate fi explicat acest lucru?

Epicele lui Ptolemeu

O pagină dintr-o copie arabă a Almagestului lui Ptolemeu, ilustrând modelul ptolemeic pentru o planetă care se mișcă în jurul Pământului. Biblioteca Națională din Qatar

Anticii astronomi greci au produs modele geocentrice (centrate pe Pământ) ale sistemului solar, care au atins apogeul cu opera lui Ptolemeu. Acest model, dintr-o copie arabă a Almagestului lui Ptolemeu, este ilustrat mai sus.

Ptolemeu a explicat mișcarea planetară folosind suprapunerea a două mișcări circulare, un cerc mare „deferent” combinat cu un cerc mai mic „epiciclic”.

În plus, deferentul fiecărei planete putea fi decalat față de poziția Pământului, iar mișcarea constantă (unghiulară) în jurul deferentului putea fi definită folosind o poziție cunoscută sub numele de ecuație, mai degrabă decât poziția Pământului sau centrul deferentului. Ați înțeles?

Este destul de complex. Dar, spre cinstea sa, modelul lui Ptolemeu a prezis pozițiile planetelor pe cerul nopții cu o precizie de câteva grade (uneori mai bună). Și astfel a devenit principalul mijloc de explicare a mișcării planetare timp de peste un mileniu.

Schimbarea lui Copernic

Revoluția copernicană a plasat soarele în centrul sistemului nostru solar. Biblioteca Congresului

În 1543, anul morții sale, Nicolaus Copernicus a început revoluția sa omonimă prin publicarea lucrării De revolutionibus orbium coelestium (Despre revoluțiile sferelor cerești). Modelul lui Copernicus pentru sistemul solar este heliocentric, cu planetele învârtindu-se în jurul Soarelui și nu al Pământului.

Pe cea mai elegantă piesă a modelului copernican este poate explicația sa naturală a mișcării aparente schimbătoare a planetelor. Mișcarea retrogradă a planetelor, cum ar fi Marte, este doar o iluzie, cauzată de „depășirea” lui Marte de către Pământ, pe măsură ce ambele orbitează în jurul Soarelui.

Bagajele ptolemeice

Modelul copernican original are asemănări cu modelele ptolemeice, inclusiv mișcările circulare și epiciclurile. Biblioteca Congresului

Din păcate, modelul copernican original a fost încărcat de bagajul ptolemeic. Planetele copernicane încă se deplasau în jurul sistemului solar folosind mișcări descrise prin suprapunerea mișcărilor circulare. Copernic s-a debarasat de ecuație, pe care o disprețuia, dar a înlocuit-o cu epicicleta, echivalentă din punct de vedere matematic.

Astronomul-istoric Owen Gingerich și colegii săi au calculat coordonatele planetare folosind modelele ptolemaice și copernicane ale epocii și au constatat că ambele aveau erori comparabile. În unele cazuri, poziția lui Marte este eronată cu 2 grade sau mai mult (mult mai mare decât diametrul Lunii). Mai mult, modelul copernican original nu era mai simplu decât modelul ptolemeic anterior.

Deoarece astronomii din secolul al XVI-lea nu aveau acces la telescoape, la fizica newtoniană și la statistică, nu era evident pentru ei că modelul copernican era superior modelului ptolemeic, chiar dacă acesta plasa corect Soarele în centrul sistemului solar.

Alături de Galileo

Observațiile telescopice ale lui Galileo asupra planetelor, inclusiv asupra fazelor lui Venus, au demonstrat că planetele se deplasează în jurul Soarelui. NASA

Din 1609, Galileo Galilei a folosit telescopul recent inventat pentru a observa Soarele, Luna și planetele. El a văzut munții și craterele de pe Lună și, pentru prima dată, a dezvăluit că planetele sunt lumi de sine stătătoare. Galileo a furnizat, de asemenea, dovezi solide de observare a faptului că planetele orbitează în jurul soarelui.

Observațiile lui Galileo asupra planetei Venus au fost deosebit de convingătoare. În modelele ptolemeice, Venus rămâne în permanență între Pământ și Soare, astfel că ar trebui să privim mai ales partea de noapte a lui Venus. Dar Galileo a reușit să observe partea luminată de zi a lui Venus, ceea ce indică faptul că Venus se poate afla pe partea opusă a Soarelui față de Pământ.

Războiul lui Kepler cu Marte

Johannes Kepler a triangulat poziția lui Marte folosind observații ale lui Marte atunci când acesta a revenit în aceeași poziție pe orbita sa. Universitatea din Sydney

Mișcările circulare ale modelelor ptolemeic și copernican au dus la erori mari, în special pentru Marte, a cărui poziție prezisă putea fi eronată cu câteva grade. Johannes Kepler și-a dedicat ani din viață pentru a înțelege mișcarea lui Marte și a rezolvat această problemă cu o armă foarte ingenioasă.

Plantele repetă (aproximativ) aceeași traiectorie în timp ce orbitează în jurul Soarelui, astfel încât ele se întorc în aceeași poziție în spațiu o dată la fiecare perioadă orbitală. De exemplu, Marte se întoarce în aceeași poziție pe orbita sa la fiecare 687 de zile.

Cum Kepler cunoștea datele la care o planetă se va afla în aceeași poziție în spațiu, el a putut folosi diferitele poziții ale Pământului de-a lungul propriei sale orbite pentru a triangula pozițiile planetelor, așa cum este ilustrat mai sus. Kepler, folosind observațiile pre-telescopice ale astronomului Tycho Brahe, a reușit să traseze traiectoriile eliptice ale planetelor în timp ce acestea orbitau în jurul Soarelui.

Aceasta i-a permis lui Kepler să formuleze cele trei legi ale mișcării planetare și să prezică pozițiile planetare cu o precizie mult mai mare decât era posibil anterior. El a pus astfel bazele fizicii newtoniene de la sfârșitul secolului al XVII-lea și a științei remarcabile care a urmat.

Kepler însuși a surprins noua viziune asupra lumii și semnificația sa mai largă în lucrarea Astronomia nova (Noua astronomie) din 1609:

Pentru mine, însă, adevărul este și mai pios și (cu tot respectul față de Doctorii Bisericii) dovedesc filozofic nu numai că Pământul este rotund, nu numai că este locuit de jur-împrejur la antipozi, nu numai că este disprețuitor de mic, ci și că este purtat printre stele.