Det är inte långsökt att säga att den kopernikanska revolutionen i grunden förändrade vårt sätt att se på vår plats i universum. Under antiken trodde man att jorden var solsystemets och universums centrum, medan vi nu vet att vi befinner oss på bara en av många planeter som kretsar kring solen.

Men denna förändring i synen skedde inte över en natt. Snarare tog det nästan ett sekel av ny teori och noggranna observationer, ofta med hjälp av enkel matematik och rudimentära instrument, för att avslöja vår sanna position i himlen.

Vi kan få en inblick i hur detta djupgående skifte utspelade sig genom att titta på de faktiska anteckningar som lämnades av de astronomer som bidrog till det. Dessa anteckningar ger oss en ledtråd till det arbete, de insikter och det geni som drev den kopernikanska revolutionen.

Vandrande stjärnor

Föreställ dig att du är en astronom från antiken som utforskar natthimlen utan hjälp av ett teleskop. Till en början skiljer sig planeterna inte riktigt från stjärnorna. De är lite ljusare än de flesta stjärnor och blinkar mindre, men ser annars ut som stjärnor.

Under antiken var det som verkligen skilde planeterna från stjärnorna deras rörelse på himlen. Från natt till natt rörde sig planeterna gradvis i förhållande till stjärnorna. Faktum är att ”planet” härstammar från det antika grekiska ordet för ”vandrande stjärna”.

Mars rörelse under många veckor.

Och planeters rörelse är inte enkel. Planeterna tycks accelerera och sakta ner när de korsar himlen. Planeterna vänder till och med tillfälligtvis riktning, vilket uppvisar ”retrograd rörelse”. Hur kan detta förklaras?

Ptolemaios epicyklar

En sida i en arabisk kopia av Ptolemaios Almagest, som illustrerar den ptolemaiska modellen för en planet som rör sig runt jorden. Qatar National Library

De gamla grekiska astronomerna utarbetade geocentriska (jordcentrerade) modeller av solsystemet, som nådde sin höjdpunkt med Ptolemaios arbete. Denna modell, från en arabisk kopia av Ptolemaios Almagest, illustreras ovan.

Ptolemaios förklarade planeternas rörelse med hjälp av en överlagring av två cirkelrörelser, en stor ”deferent” cirkel i kombination med en mindre ”epicykel” cirkel.

För övrigt kunde varje planets deferent vara förskjuten från jordens position och den stadiga (vinkel)rörelsen runt deferenten kunde definieras med hjälp av en position som kallas ekvant, i stället för jordens position eller deferentens centrum. Fattar du?

Det är ganska komplicerat. Men till hans heder förutsade Ptolemaios modell planeternas positioner på natthimlen med en noggrannhet på några grader (ibland bättre). Och den blev därmed det främsta sättet att förklara planeternas rörelser under mer än ett årtusende.

Kopernikus’ skifte

Den kopernikanska revolutionen placerade solen i centrum av vårt solsystem. Kongressbiblioteket

In 1543, hans dödsår, inledde Nicolaus Copernicus sin namngivna revolution genom att publicera De revolutionibus orbium coelestium (Om himmelssfärernas revolutioner). Kopernikus’ modell för solsystemet är heliocentrisk, där planeterna kretsar kring solen snarare än jorden.

Den kanske mest eleganta delen av den kopernikanska modellen är dess naturliga förklaring till planeternas skiftande skenbara rörelse. Den bakåtsträvande rörelsen hos planeter som Mars är bara en illusion, orsakad av att jorden ”kör om” Mars när de båda kretsar kring solen.

Ptolematiskt bagage

Den ursprungliga kopernikanska modellen har likheter med ptolemaiska modeller, bland annat cirkulära rörelser och epicyklar. Library of the Congress

Olyckligtvis var den ursprungliga kopernikanska modellen lastad det ptolemaiska bagaget. De kopernikanska planeterna färdades fortfarande runt i solsystemet med hjälp av rörelser som beskrevs genom överlagring av cirkelrörelser. Kopernikus gjorde sig av med ekvanten, som han föraktade, men ersatte den med den matematiskt likvärdiga epicykeln.

Astronom-historikern Owen Gingerich och hans kollegor beräknade planetkoordinater med hjälp av ptolemaiska och kopernikanska modeller från den tiden, och fann att båda hade jämförbara fel. I vissa fall är Mars position felaktig med 2 grader eller mer (mycket större än månens diameter). Dessutom var den ursprungliga kopernikanska modellen inte enklare än den tidigare ptolemaiska modellen.

Då 1500-talets astronomer inte hade tillgång till teleskop, newtonsk fysik och statistik var det inte uppenbart för dem att den kopernikanska modellen var överlägsen den ptolemaiska modellen, även om den korrekt placerade solen i solsystemets centrum.

Länge kommer Galileo

Galileos teleskopiska observationer av planeterna, inklusive Venus faser, visade att planeterna färdas runt solen. NASA

Från 1609 använde Galileo Galilei det nyligen uppfunna teleskopet för att observera solen, månen och planeterna. Han såg månens berg och kratrar och avslöjade för första gången att planeterna var världar i sin egen rätt. Galilei gav också starka observationsbevis för att planeterna kretsade kring solen.

Galileos observationer av Venus var särskilt övertygande. I de ptolemaiska modellerna förblir Venus hela tiden mellan jorden och solen, så vi bör för det mesta betrakta Venus nattsida. Men Galileo kunde observera den dagsljusa sidan av Venus, vilket visar att Venus kan befinna sig på motsatt sida av solen jämfört med jorden.

Keplers krig med Mars

Johannes Kepler triangulerade Mars position genom att använda observationer av Mars när den återvände till samma position i sin bana. University of Sydney

De cirkulära rörelserna i de ptolemaiska och kopernikanska modellerna resulterade i stora fel, särskilt för Mars, vars förutspådda position kunde vara fel med flera grader. Johannes Kepler ägnade år av sitt liv åt att förstå Mars rörelse, och han knäckte detta problem med ett mycket genialt vapen.

Planeter upprepar (ungefär) samma bana när de kretsar runt solen, så de återvänder till samma position i rymden en gång per omloppstid. Mars återvänder till exempel till samma position i sin omloppsbana var 687:e dag.

Då Kepler kände till de datum då en planet skulle befinna sig på samma position i rymden, kunde han använda jordens olika positioner längs sin egen bana för att triangulera planeternas positioner, vilket illustreras ovan. Med hjälp av astronomen Tycho Brahes observationer från tiden före teleskopet kunde Kepler spåra planeternas elliptiska banor när de kretsade runt solen.

Detta gjorde det möjligt för Kepler att formulera sina tre lagar för planeternas rörelse och förutsäga planeternas positioner med mycket större precision än vad som tidigare varit möjligt. Han lade därmed grunden för den newtonska fysiken i slutet av 1600-talet och den anmärkningsvärda vetenskap som följde.

Kepler själv fångade den nya världsbilden och dess bredare betydelse i 1609 års Astronomia nova (Ny astronomi):

För mig är dock sanningen ännu frommare, och (med all respekt för kyrkans doktorer) bevisar jag filosofiskt inte bara att jorden är rund, inte bara att den är bebodd runt om vid antipoderna, inte bara att den är föraktligt liten, utan också att den bärs fram bland stjärnorna.