Es ist nicht schwer zu sagen, dass diese Astronomen die Art und Weise, wie wir über unseren Platz im Universum denken, grundlegend verändert haben. Wir können Einblicke gewinnen, wie sich diese tiefgreifende Verschiebung entwickelt hat, indem wir ihre tatsächlichen Notizen betrachten.
Galileos Skizzen des Mondes, die seine Phasen zeigen. Bild über Wikimedia.
Michael J. I. Brown, Monash University
Es ist nicht schwer zu sagen, dass die kopernikanische Revolution die Art und Weise, wie wir über unseren Platz im Universum denken, grundlegend verändert hat. In der Antike glaubten die Menschen, die Erde sei das Zentrum des Sonnensystems und des Universums, während wir jetzt wissen, dass wir uns auf einem von vielen Planeten befinden, die die Sonne umkreisen.
Diese Änderung der Sichtweise geschah jedoch nicht über Nacht. Es dauerte fast ein Jahrhundert neuer Theorie und sorgfältiger Beobachtungen, oft unter Verwendung einfacher Mathematik und rudimentärer Instrumente, um unsere wahre Position im Himmel zu enthüllen.
Wir können Einblicke gewinnen, wie sich dieser tiefgreifende Wandel entwickelt hat, indem wir die tatsächlichen Notizen der Astronomen betrachten, die dazu beigetragen haben. Diese Notizen geben uns einen Hinweis auf die Arbeit, die Einsichten und das Genie, die die kopernikanische Revolution vorangetrieben haben.
Sterne wandern
Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Astronom aus der Antike, der ohne Hilfe eines Teleskops den Nachthimmel erkundet. Anfangs unterscheiden sich die Planeten nicht wirklich von den Sternen. Sie sind etwas heller als die meisten Sterne und funkeln weniger, sehen aber ansonsten wie Sterne aus.
Was Planeten in der Antike wirklich von Sternen unterschied, war ihre Bewegung durch den Himmel. Von Nacht zu Nacht bewegten sich die Planeten allmählich in Bezug auf die Sterne. In der Tat ist "Planet" aus dem alten Griechischen für "Wanderstern" abgeleitet.
Die Bewegung des Mars über viele Wochen.
Und Planetenbewegung ist nicht einfach. Planeten scheinen sich zu beschleunigen und zu verlangsamen, wenn sie den Himmel überqueren. Planeten kehren sogar vorübergehend die Richtung um und zeigen eine „rückläufige Bewegung“. Wie kann dies erklärt werden?
Ptolemäus-Epizyklen
Eine Seite einer arabischen Kopie von Ptolemäus Almagestund illustriert das ptolemäische Modell für einen Planeten, der sich um die Erde bewegt. Bild über die Qatar National Library.
Altgriechische Astronomen stellten geozentrische (erdzentrierte) Modelle des Sonnensystems her, die mit der Arbeit von Ptolemäus ihren Höhepunkt erreichten. Dieses Modell stammt aus einer arabischen Kopie von Ptolemäus Almagestist oben dargestellt.
Ptolemaios erklärte die Planetenbewegung durch die Überlagerung zweier kreisförmiger Bewegungen, eines großen "deferenten" Kreises in Kombination mit einem kleineren "Epizyklus" -Kreis.
Darüber hinaus könnte der Versatz jedes Planeten von der Position der Erde abweichen, und die stetige (Winkel-) Bewegung um den Versatz könnte unter Verwendung einer Position, die als Äquant bekannt ist, anstatt der Position der Erde oder des Zentrums des Versatzes definiert werden. Verstanden?
Es ist ziemlich komplex. Seines Erachtens sagte Ptolemaios Modell jedoch die Positionen der Planeten am Nachthimmel mit einer Genauigkeit von wenigen Grad (manchmal sogar besser) voraus. Und so wurde es über ein Jahrtausend das wichtigste Mittel zur Erklärung der Planetenbewegung.
Copernicus 'Verschiebung
Die kopernikanische Revolution stellte die Sonne in den Mittelpunkt unseres Sonnensystems. Bild über die Library of Congress.
Im Jahr seines Todes 1543 begann Nicolaus Copernicus seine gleichnamige Revolution mit der Veröffentlichung von De revolutionibus orbium coelestium (Über die Revolutionen der Himmelskugeln). Copernicus 'Modell für das Sonnensystem ist heliozentrisch. Die Planeten kreisen eher um die Sonne als um die Erde.
Das vielleicht eleganteste Stück des kopernikanischen Modells ist die natürliche Erklärung der sich verändernden scheinbaren Bewegung der Planeten. Die rückläufige Bewegung von Planeten wie dem Mars ist lediglich eine Illusion, die dadurch verursacht wird, dass die Erde den Mars „überholt“, während beide die Sonne umkreisen.
Ptolemäisches Gepäck
Das ursprüngliche kopernikanische Modell weist Ähnlichkeiten mit ptolemäischen Modellen auf, einschließlich kreisförmiger Bewegungen und Epizyklen. Bild über die Library of Congress.
Leider wurde das ursprüngliche kopernikanische Modell mit ptolemäischem Gepäck beladen. Die kopernikanischen Planeten bewegten sich immer noch mit Bewegungen, die durch die Überlagerung kreisförmiger Bewegungen beschrieben werden, um das Sonnensystem. Kopernikus entsorgte den Äquanten, den er verachtete, ersetzte ihn aber durch den mathematisch äquivalenten Epizykleten.
Der Astronomen-Historiker Owen Gingerich und seine Kollegen berechneten Planetenkoordinaten mit ptolemäischen und kopernikanischen Modellen dieser Zeit und stellten fest, dass beide vergleichbare Fehler aufwiesen. In einigen Fällen ist die Position des Mars um 2 Grad oder mehr falsch (weitaus größer als der Durchmesser des Mondes). Darüber hinaus war das ursprüngliche kopernikanische Modell nicht einfacher als das frühere ptolemäische Modell.
Da Astronomen des 16. Jahrhunderts keinen Zugang zu Teleskopen, Newtonscher Physik und Statistik hatten, war es ihnen nicht klar, dass das kopernikanische Modell dem ptolemäischen Modell überlegen war, obwohl es die Sonne korrekt in das Zentrum des Sonnensystems stellte.
Mit dabei ist Galileo
Galileos teleskopische Beobachtungen der Planeten, einschließlich der Phasen der Venus, zeigten, dass sich Planeten um die Sonne bewegen. Bild über die NASA.
Ab 1609 nutzte Galileo Galilei das kürzlich erfundene Teleskop, um Sonne, Mond und Planeten zu beobachten. Er sah die Berge und Krater des Mondes und offenbarte zum ersten Mal, dass die Planeten Welten für sich waren. Galileo lieferte auch starke Beobachtungsnachweise dafür, dass Planeten die Sonne umkreisten.
Besonders überzeugend waren Galileos Beobachtungen der Venus. In ptolemäischen Modellen bleibt die Venus immer zwischen der Erde und der Sonne, daher sollten wir hauptsächlich die Nachtseite der Venus betrachten. Galileo konnte jedoch die von Tag zu Tag beleuchtete Seite der Venus beobachten, was darauf hinweist, dass sich die Venus auf der der Erde entgegengesetzten Seite der Sonne befinden kann.
Keplers Krieg mit dem Mars
Johannes Kepler triangulierte die Position des Mars, indem er die Beobachtungen des Mars verwendete, als er zu derselben Position in seiner Umlaufbahn zurückkehrte. Bild über die University of Sydney.
Die kreisförmigen Bewegungen ptolemäischer und kopernikanischer Modelle führten zu großen Fehlern, insbesondere für den Mars, dessen vorhergesagte Position um einige Grade fehlerhaft sein könnte. Johannes Kepler widmete sich jahrelang dem Verständnis der Bewegung des Mars und löste dieses Problem mit einer genialen Waffe.
Planeten wiederholen (ungefähr) den gleichen Weg wie sie die Sonne umkreisen, so dass sie einmal in jeder Umlaufzeit an die gleiche Position im Weltraum zurückkehren. Zum Beispiel kehrt der Mars alle 687 Tage an dieselbe Position in seiner Umlaufbahn zurück.
Da Kepler die Daten kannte, an denen sich ein Planet an derselben Position im Weltraum befinden würde, konnte er die verschiedenen Positionen der Erde entlang seiner eigenen Umlaufbahn verwenden, um die Positionen der Planeten zu triangulieren, wie oben dargestellt. Kepler nutzte die vor-teleskopischen Beobachtungen des Astronomen Tycho Brahe, um die elliptischen Bahnen der Planeten zu verfolgen, die die Sonne umkreisten.
Dies ermöglichte Kepler, seine drei Gesetze der Planetenbewegung zu formulieren und Planetenpositionen mit weitaus größerer Genauigkeit als bisher möglich vorherzusagen. Er legte damit den Grundstein für die Newtonsche Physik des späten 17. Jahrhunderts und die darauf folgende bemerkenswerte Wissenschaft.
Kepler selbst hat das neue Weltbild und seine breitere Bedeutung in den Astronomia nova (Neue Astronomie):
Für mich ist die Wahrheit jedoch noch frommer, und ich beweise philosophisch (mit allem Respekt vor den Doktoren der Kirche) nicht nur, dass die Erde rund ist, nicht nur, dass sie ringsum auf den Antipoden bewohnt ist, nicht nur dass es verächtlich klein ist, aber auch, dass es zwischen den Sternen mitgeführt wird.
Michael J. I. Brown, außerordentlicher Professor, Monash University
Dieser Artikel wurde ursprünglich in The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.
Fazit: Einblicke in die Revolution von Copernicus und Galileo aus den Notizen und Zeichnungen der Astronomen.