Схема гелиоцентрической системы мира. Контрольная работа: Гелиоцентрическая модель мира Н
Представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Противоположность геоцентрической системе мира . Возникло в античности, но получило широкое распространение с конца Эпохи Возрождения.
В этой системе Земля предполагается обращающейся вокруг Солнца за один звёздный год и вокруг своей оси за одни звёздные сутки. Следствием второго движения является видимое вращение небесной сферы, первого - перемещение Солнца среди звёзд по эклиптике.
SCENOGRAPHIA SYSTEMATIS COPERNICANI - Scenography of the Copernican world system
Планетные конфигурации:
Внешние и внутренние планеты
Планеты солнечной системы делятся на два вида: внутренние (Меркурий и Венера), наблюдаемые только на сравнительно небольших расстояниях от Солнца, и внешние (все остальные), которые могут наблюдаться на любых расстояниях. В гелиоцентрической системе это различие связано с тем, что орбиты Меркурия и Венеры всегда находятся внутри орбиты Земли (третьей от Солнца планеты), в то время как орбиты остальных планет находятся вне орбиты Земли.
Попятные движения
Попятные движения планет (особенно наглядно наблюдаемые у внешних планет), которые были главной загадкой астрономии с древнейших времён, в гелиоцентрической системе объясняются тем, что угловые скорости планет уменьшаются с увеличением расстояния от Солнца. В результате, когда планета наблюдается в той же части неба, что и Солнце, она совершает видимое движение относительно звёзд в том же (прямом) направлении, что и Солнце: с запада на восток. Однако когда Земля проходит между Солнцем и планетой, она как бы опережает планету, в результате чего последняя движется на фоне звёзд в обратном направлении, с востока на запад. Отсюда следует, что планеты совершают попятные движения вблизи противостояний, когда планеты находятся наиболее близко к Земле и, как следствие, являясь наиболее яркими при наблюдении с Земли.
Соотношение между синодическими и сидерическими периодами обращений планет; вавилонские периоды
В гелиоцентрической системе устанавливается следующее соотношение между синодическими S и сидерическими T периодами обращений внешних планет:
,
где Y - продолжительность земного (звёздного) года. Отсюда следуют соотношения, эмпирически полученные астрономами Древнего Вавилона (так называемые целевые годовые периоды): если внешняя планета делает n полных оборотов по эклиптике (относительно звёзд) за m лет, то за это время проходит k = m - n синодических периодов данной планеты (k, m, n - целые числа).
Например, для Марса k = 37, m = 79, n = 42, для Юпитера k = 76, m = 83, n = 7, для Сатурна k = 57, m = 59, n = 2.
С точки зрения геоцентрической системы, эти соотношения являются загадкой. Но они автоматически следуют из вышеприведённой формулы, полученной в рамках гелиоцентризма, поскольку по определению mY = kS (m - это такое целое количество земных лет, за которые планета делает n целых оборотов по эклиптике) и величины k, m и n обратно пропорциональны, соответственно, величинам S, Y и T.
Расстояния до планет
Эмпирические доказательства движения Земли вокруг Солнца
Всё вышесказанное относится не только к гелиоцентрической системе, но и к комбинированной системе (наподобие системы Тихо Браге), в которой все планеты обращаются вокруг Солнца, которое, в свою очередь, движется вокруг Земли. Существуют, однако, доказательство движения Земли вокруг Солнца.
Ещё в древности было известно, что поступательное движение Земли должно приводить к параллактическому смещению звёзд. Из-за удалённости звёзд параллаксы впервые были найдены только в XIX веке (почти одновременно В. Я. Струве, Ф. Бесселем и Т. Гендерсоном), что явилось прямым (и долгожданным) доказательством движения Земли вокруг Солнца.
Попятные движения планет имеют место по той же самой причине, что и годичные параллаксы звёзд, они могут быть названы годичными параллаксами планет.
Аберрация света звёзд
Из-за векторного сложения скорости света и орбитальной скорости Земли, при наблюдении звёзд телескоп приходится наклонять относительно линии Земля-звезда. Это явление (аберрация света) открыл и правильно объяснил в 1728 г. Джеймс Брадлей, занимавшийся поисками годичных параллаксов. Аберрация света оказалось первым наблюдательным подтверждением движения Земли вокруг Солнца и одновременно вторым доказательством конечности скорости света (после объяснения нерегулярности в движении спутников Юпитера Рёмером). В отличие от параллакса, угол аберрации не зависит от расстояния от звезды и целиком определяется орбитальной скоростью Земли. Для всех звёзд он равен одной и той же величине: 18".
Из-за орбитального движения Земли каждая звезда, расположенная вблизи плоскости эклиптики то приближается, то удаляется от Земли, что можно обнаружить с помощью спектральных наблюдений (эффекта Доплера). Аналогичный эффект наблюдается для температуры реликтового излучения.
Годичная вариация лучевых скоростей звёзд
История гелиоцентрической системы
Гелиоцентризм в Древней Греции
Идея движения Земли возникла в рамках пифагорейской школы. Пифагореец Филолай из Кротона обнародовал систему мира, в которой Земля является одной из планет; правда, речь пока шла об её вращении (за сутки) вокруг мистического Центрального Огня, а не Солнца. Аристотель отверг эту систему в том числе потому, что она предсказывала параллактическое смещение звёзд.
Менее спекулятивной была гипотеза Гераклида Понтийского, согласно которой Земля совершает суточное вращение вокруг своей оси. Кроме того, Гераклид, по видимому, предположил, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца и только с ним - вокруг Земли. Возможно, такого взгляда придерживался и Архимед, полагая обращающимся вокруг Солнца и Марс, орбита которого в этом случае должна была охватывать Землю, а не пролегать между нею и Солнцем, как в случае Меркурия и Венеры. Есть основания полагать, что у Гераклида была теория, согласно которой Земля, Солнце и планеты обращаются вокруг одной точки - центра планетной системы. По сообщению Теофраста, Платон на склоне своих лет сожалел, что он предоставил Земле центральное место во Вселенной, которое для неё не подходило.
Подлинно гелиоцентрическая система была предложена в начале III века до н. э. Аристархом Самосским. Скудная информация о гипотезе Аристарха дошла до нас через труды Архимеда, Плутарха и других авторов. Обычно считается, что Аристарх пришёл к гелиоцентризму исходя из установленного им факта, что Солнце по размерам много больше Земли (вычислению относительных размеров Земли, Луны и Солнца посвящён единственный дошедший до нас труд учёного). Естественно было предположить, что меньшее тело обращается вокруг большего, а не наоборот. Насколько была разработана гипотеза Аристарха, неизвестно, но Аристарх сделал важный вывод о том, что по сравнению с расстояниями до звёзд земная орбита является точкой, поскольку иначе должны были наблюдаться годичные параллаксы звёзд (вслед за Аристархом такую оценку расстояний до звёзд принимал и Архимед). Философ Клеанф призвал привлечь Аристарха к суду за то, что он двигает с места Землю («Очаг мира»).
Гелиоцентризм позволил решить основные проблемы, стоявшие перед древнегреческой астрономией, поскольку господствовавшие в начале III века до н. э. геоцентрические взгляды явно были в кризисном состоянии. Наиболее распространённый в то время вариант геоцентризма, теория гомоцентрических сфер Евдокса, Каллиппа и Аристотеля, оказывалась не в состоянии объяснить изменение видимого блеска планет и видимого размера Луны, что греки правильно связывали с изменением расстояния до этих небесных тел. Гелиоцентрическая система непринуждённо объясняла попятные движения планет. Она позволяла также установить порядок следования светил. Греки постулировали зависимость между близостью небесного тела к «сфере неподвижных звёзд» и сидерическим периодом его движения: так, самым далёким от нас считался наиболее медленно движущийся Сатурн, далее (в порядке приближении к Земле) шли Юпитер и Марс; Луна оказывалась наиболее близким к Земле небесным телом. Трудности этой схемы были связаны с Солнцем, Меркурием и Венерой, поскольку все эти тела имели одинаковые сидерические периоды (в том смысле, который употреблялся в античной астрономии), равные одному году. Эта трудность легко решалась в гелиоцентрической системе, где один год оказывался равным периоду движения Земли; при этом периоды движения (теперь - обращения вокруг Солнца) Меркурия и Венеры шли в том же порядке, что и их расстояния до нового центра мира, которое можно было установить описанным выше способом.
Среди непосредственных сторонников гипотезы Аристарха упоминается только вавилонян Селевк (первая половина II века до н. э.). Отсюда обычно делается вывод, что других сторонников у гелиоцентризма не было, то есть он не был воспринят эллинской наукой. Однако уже само упоминание Селевка как последователя Аристарха весьма показательно, поскольку означает проникновение гелиоцентризм даже на берега Тигра и Евфрата, что само по себе свидетельствует о широкой известности идеи о движении Земли. Более того, Секст Эмпирик упоминает о последователях Аристарха во множественном числе. Достаточно благожелательный отзыв о гипотезе Аристарха в сочинении Архимеда «Псаммит» (главном источнике нашей информации об этой гипотезе) позволяет предположить, что Архимед по крайней мере не исключал эту гипотезу. Ряд авторов приводили аргументы в пользу широкой распространённости гелиоцентризма в античности. Не исключено, в частности, что геоцентрическая теория движения планет, изложенная в «Альмагесте» Птолемея является переработанной гелиоцентрической системой. Итальянский математик Лючио Руссо (Lucio Russo) привёл ряд свидетельств о развитии в эллинистическую эпоху динамики гелиоцентрической системы на основе общего представление о законе инерции и о притяжении планет к Солнцу.
Тем не менее, в конечном итоге гелиоцентризм был оставлен греками. Главной причиной может быть общий кризис науки, начавшийся после II века до н. э. На место астрономии заступает астрология. В философии доминирует мистицизм или откровенный религиозный догматизм: стоицизм, позднее неопифагореизм и неоплатонизм. С другой стороны, те немногие философские школы, которые в целом исповедуют рационализм (эпикурейцы, скептики), имеют одну общую черту: неверие в возможность познания природы. Так, эпикурейцы даже после Аристотеля и Аристарха считали невозможным определить истинную причину фаз Луны и считали Землю плоской. В такой атмосфере религиозные обвинения наподобие тех, что были предъявлены Аристарху, могли привести к тому, что астрономы и физики, даже если и были сторонниками гелиоцентризма, старались воздерживаться от публичного обнародования своих взглядов, что и могло в конечном итоге привести к их забвению.
Научные аргументы в пользу неподвижности и центральности Земли, выдвигавшиеся древнегреческими астрономами, см. в статье Геоцентрическая система мира.
После II века н. э. в эллинистическом мире прочно утвердился геоцентризм, основанный на философии Аристотеля и планетной теории Птолемея, в которой петлеобразное движение планет объяснялось с помощью комбинации деферентов и эпициклов. «Физическим» фундаментом теории Птолемея была аристотелевская теория хрустальных небесных сфер, переносивших планеты. Существенной особенностью учения Аристотеля было резкое противопоставление «надлунного» и «подлунного» миров. Надлунный мир (куда относились все небесные тела) считался миром идеальным, не подверженным каким-либо изменениям. Напротив, всё, что находилось в подлунной области, в том числе Земля, считалось подверженным постоянным изменениям, порче.
Существенной особенностью теории Птолемея был частичный отказ от принципа равномерности космических движений: центр эпицикла движется по деференту с переменной скоростью, хотя угловая скорость при наблюдении из особой эксцентрично расположенной точки (экванта) считалась неизменной.
Средневековье
Гелиоцентрическая система была почти забыта в Средние века. Однако ряд позднеантичных и раннесредневековых авторов (в их числе Марциан Капелла, Эриугена), разделяя мнение об обращении Солнца вокруг неподвижной Земли, предполагали, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца, являясь его спутниками.
Ряд исследователей находят следы гелиоцентризма в некоторых индийских планетных теориях. В настоящее время доминирует точка зрения, что эти теории имеют истоком греческую доптолемееву астрономию. По мнению Ван дер Вардена, у греков была гелиоцентрическая теория, развитая до степени возможности предвычислять эфемериды, которая затем была переработана в геоцентрическую наподобие того, как поступил Тихо Браге с теорией Коперника. Эта переработанная теория неизбежно должна быть теорией эпициклов, поскольку в системе отсчёта, связанной с Землёй, движение планет объективно происходит по сочетанию движений по деференту и эпициклу. Далее, по мнению ван дер Вардена, эта теория проникла в Индию. Он видит следующие свидетельства гелиоцентризма, лежащего в основе теорий движения планет великого индийского астронома Ариабхаты (V в. н. э.):
1. Ариабхата считал Землю вращающейся вокруг оси. В чисто геоцентрической системе в этом нет никакой необходимости, поскольку суточное вращение Земли никак не упрощает систему мира. Напротив, в гелиоцентрической системе это вращение необходимо. Переходя от гелиоцентризма к геоцентризму, осевое вращение Земли можно либо сохранить, либо отбросить, в зависимости от личных взглядов исследователя.
2. В одной из теорий Ариабхаты (так называемой «системе полуночи») параметры деферента Венеры в точности совпадают с параметрами геоцентрической орбиты Солнца. Так и должно быть в гелиоцентрической системе, поскольку обе эти кривые фактически являются отражением орбиты Земли вокруг Солнца.
3. В числе параметров своих планетных теорий Ариабхата приводит гелиоцентрические периоды движения планет, включая Меркурий и Венеру.
Сам Ариабхата и более поздние астрономы могли и не знать о гелиоцентрическом базисе этой теории. Впоследствии, по мнению ван дер Вардена, эта теория перешла к мусульманским астрономам, составившим «Таблицы Шаха» - эфемериды планет, использовавшиеся для астрологических предсказаний.
О предположении Ариабхаты о суточном вращении Земли сочувственно отзывался ал-Бируни. Но сам он, по всей видимости, в конечном итоге склонялся к неподвижности Земли.
Ряд астрономов мусульманского Востока обсуждали теории движения планет, альтернативные птолемеевской. Главным объектом их критики был, однако, эквант, а не геоцентризм. Некоторые из этих учёных (например, Насир ад-Дин ат-Туси) также критиковали эмпирические доводы Птолемея в пользу неподвижности Земли, находя их неадекватными. Но при этом они оставались сторонниками неподвижности Земли, поскольку это соответствовало философии Аристотеля. Исключением является ал-Кушчи, отвергавший философию Аристотеля и считавший вращение Земли физически возможным.
В Европе возможность движения Земли широко обсуждалась представителями Парижской школы в XIV веке (Жан Буридан, Альберт Саксонский, Николай Орем). Однако речь шла только об осевом вращении. Хотя в ходе этих дискуссий были выдвинуты опровержения ряда доводов противников подвижности Земли, окончательный вердикт был в пользу её неподвижности.
Ренессанс: Коперник и коперниканцы
В
начале Эпохи Возрождения подвижность Земли (более того, её поступательное
движение) утверждал Николай Кузанский, но его обсуждение было сугубо философским,
не связанным с объяснением конкретных астрономических явлений. Достаточно
неясно на эту тему высказывался и Леонардо да Винчи.
Центром планетной системы было не столько Солнце, сколько центр земной орбиты;
Из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась, что Коперник объяснял комбинацией движения по большим и малым кругам.
Первое печатное изображение Солнечной системы (страница из книги Коперника)
Тем не менее, им был дан импульс для дальнейшей разработки гелиоцентрической теории движения планет, сопутствующих задач механики и космологии. В числе сторонников гелиоцентризма в XVI веке были астрономы Томас Диггес, Георг Иоахим Ретик, Кристоф Ротман и Михаэль Мёстлин, физики Джамбатиста Бенедетти, Вильям Гильберт и Симон Стевин, философ Джордано Бруно, священник Диего де Цунига. С другой стороны, ряд астрономов, не принявших гелиоцентризм как космологическое учение, приветствовали отказ Коперника от экванта и активно использовали его теорию планетных движений для расчётов эфемерид (виттенбергская школа). В их числе Эразм Рейнгольдт, составивший на основе теории Коперника планетные таблицы (Прусские таблицы).
Некоторые учёные, отвергая поступательное движение Земли, принимали её вращение вокруг оси (например, Николас Реймерс, известный также как Урсус). Наиболее авторитетными оппонентами гелиоцентризма в XVI - начале XVII века были астрономы Тихо Браге и Христофор Клавиус, математик Франсуа Виет, философ Фрэнсис Бэкон.
Кеплер
«Родимые
пятна геоцентризма», сохранявшиеся у Коперника, вывел немецкий астроном
Иоганн Кеплер . Он ещё со
студенческих лет (пришедшихся на конец XVI века) был убеждён в справедливости
гелиоцентризма ввиду способности
этого учения дать естественное объяснение попятных движений планет и возможности
вычислять на её основе масштабы планетной системы. В течение нескольких
лет Кеплер работал с величайшим астрономом-наблюдателем Тихо Браге и впоследствии
завладел его архивом наблюдательных данных. В ходе анализа этих данных,
проявив потрясающую физическую интуицию, Кеплер пришёл к следующим выводам:
1. Орбита каждой из планет является плоской кривой, причём плоскости всех планетных орбит пересекались в Солнце. Это означало, что Солнце находится в геометрическом центре планетной системы, тогда как у Коперника таковым был центр земной орбиты. Кроме всего прочего, это позволило впервые объяснить движение планет перпендикулярно к плоскости эклиптики. Само понятие орбиты, кажется, также было впервые введено Кеплером, поскольку ещё Коперник полагал, что планеты переносятся с помощью твёрдых сфер, как у Аристотеля.
2 . Земля движется по своей орбите неравномерно. Тем самым впервые Земля уравнялась в динамическом отношении со всеми остальными планетами.
3 . Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце (I закон Кеплера).
4 . Кеплер открыл закон площадей (II закон Кеплера): отрезок, соединяющий планету и Солнце, за равные промежутки времени описывает равные площади. Поскольку расстояние планеты от Солнца при этом также менялось (согласно первому закону), отсюда следовала переменность скорости движения планеты по орбите. Установив свои первые два закона, Кеплер впервые оказался от догмы о равномерных круговых движениях планет, с пифагорейских времён владевшей умами исследователей. Причём, в отличие от модели экванта, скорость планеты менялась в зависимости от расстояния от Солнца, а не от некоторой бестелесной точки. Тем самым Солнце оказалось не только геометрическим, но и динамическим центром планетной системы.
5 . Кеплер вывел математический закон (III закон Кеплера), который связывал между собой периоды обращений планет и размеры их орбит: квадраты периодов обращений планет относятся как кубы больших полуосей их орбит. Впервые закономерность устройства планетной системы, о существовании которой догадывались ещё древние греки, получила математическое оформление.
На основании открытых им законов движения планет Кеплер составил таблицы планетных движений (Рудольфинские таблицы), по точности далеко оставлявшие позади все таблицы, составленные ранее. Эти таблицы ещё более уточнил английский астроном Джереми Хоррокс, в течение долгих лет бывший единственным последователем Кеплера. Трудами Кеплера и Хоррокса был задан новый стандарт точности планетных теорий.
Галилей
Одновременно
с Кеплером на другом конце Европы, в Италии, трудился Галилео
Галилей , оказавший двоякую поддержку гелиоцентрической
теории . Во-первых, с помощью изобретённого им телескопа Галилей сделал
ряд открытий, либо косвенно подтверждавших теорию Коперника, либо выбивавших
почву из-под ног его противников - сторонников Аристотеля:
1. Поверхность Луны не гладкая, как подобало небесному телу в учении Аристотеля, а имеет горы и впадины, как Земля. Кроме того, Галилей объяснил пепельный свет Луны отражением солнечного света Землёй. Благодаря этому Земля стала телом, во всех отношениях подобным Луне. Устранялось противоречие между земным и небесным, постулировавшееся у Аристотеля.
2 . Четыре спутника Юпитера (получивших впоследствии название галилеевых). Тем самым он опроверг утверждение, что Земля не может обращаться вокруг Солнца, поскольку вокруг неё самой обращается Луна (такой тезис часто выдвигали противники Коперника): Юпитер заведомо должен был вращаться либо вокруг Земли (как у Птолемея и Аристотеля), либо вокруг Солнца (как у Аристарха и Коперника).
3 . Смена фаз Венеры, указывавшая, что Венера обращается вокруг Солнца.
4 . Галилей установил, что Млечный Путь состоит из большого количества звёзд, неразличимых невооружённым взглядом. Это открытие совершенно не умещалось в космологию Аристотеля, но вполне было совместимо с теорией Коперника, из которой следовала огромная удалённость звёзд.
5 . Одним из первых Галилей открыл солнечные пятна. Наблюдения над пятнами привели Галилея к выводу о вращении Солнца вокруг своей оси. Само существование пятен и их постоянная изменчивость опровергали тезис Аристотеля о «совершенстве» небес.
6. Галилей показал, что видимые размеры планет в различных конфигурациях (например, в противостоянии и соединении с Солнцем) меняются точно в том соотношении, как следует из теории Коперника.
7. Наоборот, при наблюдении звёзд в телескоп их видимые размеры не меняются. Этот вывод опровергал некоторые доводы оппонентов гелиоцентризма (см. ниже).
Вторым направлением деятельности Галилея было установление новых законов динамики. Им была открыта инерция и принцип относительности, что позволило устранить традиционные возражения противников гелиоцентризма: если Земля движется, почему мы этого не замечаем?
Научные споры вокруг гелиоцентризма
У противников гелиоцентрической теории было два вида аргументов.
(A) Против вращения Земли вокруг собственной оси. Учёные XVI века уже могли оценить линейную скорость вращения: около 800 м/сек на экваторе.
Вращаясь, Земля испытывала бы колоссальные центробежные силы, которые неминуемо разорвали бы её на части.
- Если бы Земля вращалась, все находящиеся на её поверхности лёгкие предметы разлетелись бы во все стороны Космоса.
- Если бы Земля вращалась, любой брошенный предмет отклонялся бы в сторону запада, а облака плыли бы, вместе с Солнцем, с востока на запад.
- Небесные тела движутся, потому что они состоят из невесомой тонкой материи, но какая сила может заставить двигаться огромную тяжёлую Землю?
Эти аргументы потеряли силу после создания классической механики. Такие фундаментальные понятия этой науки, как центробежная сила, относительность, инерция появились в значительной мере при опровержении этих доводов геоцентристов.
(Б) Против поступательного движения Земли.
Отсутствие годичных параллаксов звёзд.
Для опровержения этого довода гелиоцентристам приходилось предполагать огромную удалённость звёзд. Тихо Браге на это возражал, что в таком случае звёзды оказываются необычайно большими, по размерам больше орбиты Сатурна. Эта оценка следовала из его определения угловых размеров звёзд: он принимал видимый диаметр звёзд первой величины примерно 2-3 угловых минуты. Этот довод был, в значительной мере, опровергнут Галилеем, который заключил, что при наблюдении звёзд в телескоп их видимый размер не меняется, следовательно, оценка Браге угловых размеров звёзд сильно преувеличена.
Низкая точность Прусских таблиц по сравнению с Альфонсинскими, основанными на теории Птолемея .
Этот довод потерял свою актуальность после публикации Кеплером Рудольфинских таблиц.
Гелиоцентрическая система мира (из «Селенографии» Яна Гевелия, 1647 г.)
Кроме того, Тихо Браге считал доводом против гелиоцентризма отсутствие попятных движений комет, которые должны были бы наблюдаться, если бы они обращались вокруг Солнца. И они действительно наблюдаются, о чём в XVI в. ещё не было известно. Между тем, начиная с конца XVI в. именно комбинированная система Тихо Браге (по существу, модернизированная форма геоцентрической теории) становится главным конкурентом гелиоцентризма. Даже в 1651 году космографию Тихо Браге излагал в своём «Новом Альмагесте» иезуит-астроном Дж. Риччиоли (что не помешало ему назвать один из наиболее заметных лунных кратеров именем Коперника).
Многие учёные вплоть до конца XVII века просто отказывались делать выбор между этими гипотезами, указывая, что с точки зрения наблюдений гелиоцентрическая и комбинированная системы эквивалентны; конечно оставаясь на такой точке зрения, невозможно было развивать динамику планетной системы. В числе сторонников этой «позитивистской» точки зрения были Джованни Доменико Кассини, Оле Рёмер, Блез Паскаль. Были и решительные противники гелиоцентризма, среди которых выделялся Риччиоли, автор труда «Новый Альмагест», опубликованного в 1651 году, где он перечислил и обсудил 49 доказательств в пользу Коперника и 77 - против.
Как ни странно, даже феноменальная точность теории Кеплера не переубедила скептиков, которые указывали, что сопоставимой и даже более высокой точности можно достигнуть и традиционными методами - сочетаниями движений по эпициклам и деферентам. Были и такие учёные, которые, принимая гелиоцентризм в целом, отказывался принять теорию Кеплера - например, Галилей .
Необходимо добавить, что в спорах с геоцентристами сторонники Аристарха и Коперника находились отнюдь не в равных условиях, поскольку на стороне первых был такой авторитет, как Церковь (особенно в католических странах).
Гелиоцентризм и религия
Геоцентристы (в их числе астрономы Тихо Браге и Христофор Клавиус) привлекали для подкрепления своей позиции и ненаучные аргументы, в том числе и сугубо религиозные. Ещё при жизни Коперника вожди протестантов Лютер, Меланхтон и Кальвин выступили против гелиоцентризма, заявляя, что это учение противоречит Священному Писанию. Католическая церковь сначала отнеслась к этим спорам скорее равнодушно и даже не без некоторой симпатии к новой системе мира; известно, что Коперник сначала не хотел публиковать свой труд, но его убедили католические священники кардинал Николай Шомберг и епископ Тидеман Гизе. Однако в начале XVII века настроения начинают меняться. Попытки защиты гелиоцентризма от обвинений в противоречии Писанию предпринимали Галилей и католический монах Паоло Фоскарини, но в 1616 году католическая церковь объявила гелиоцентрическую теорию еретической (вспомним, что Аристарха также обвиняли в нечестивости).
Свою точку зрения религиозные фундаменталисты подкрепляли ссылками на Библию. Так, указывалось, что Иисус Навин приказал остановиться Солнцу, а не Земле, следовательно, двигалось именно Солнце. Таких мест в Писании, впрочем, было не очень много, но общий дух гелиоцентризма казался несовместимым с христианством: Земля - это место, где произошла драма грехопадения и искупления, и оно должно быть выделенным во Вселенной, а не просто одной из планет.
В 20-е годы XVII века Галилей счёл, что обстановка постепенно разряжается и выпустил свой знаменитый труд «Диалоги о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой» (1632 г.) Хотя цензура разрешила публикацию «Диалога», очень скоро римский папа Урбан VIII счёл книгу еретической, и Галилей предстал перед судом инквизиции. В 1633 году он был вынужден публично отречься от своих взглядов.
Суд над Галилеем оказал крайне негативное воздействие и на развитие науки, и на авторитет католической церкви. Рене Декарт был вынужден отказаться от опубликования своего труда о системе мира. Многие учёные воздерживались от выражения их действительных мнений, опасаясь преследования инквизицией, в их числе, вероятно, Джованни Борелли и Пьер Гассенди. Во Франции, однако, запрет гелиоцентрической системы не был ратифицирован, и она постепенно распространялась среди учёных; к концу XVII века её поддерживало большинство астрономов. Ещё более либеральной была обстановка в протестантских странах, особенно в Британии.
В России православная церковь боролась с гелиоцентрической системой в течение почти всего XVIII века.
Гелиоцентризм и космология
Одним из возражений против гелиоцентризма в XVI-XVII вв. считалось отсутствие годичных параллаксов звёзд. Для объяснения этого противоречия Коперник (как ранее Аристарх) предполагал, что орбита Земли является точкой по сравнению с расстояниями до звёзд. Коперник считал Вселенную неопределённо большой, но, по-видимому, конечной; Солнце располагалось в её в центре. Первым, кто в рамках гелиоцентризма перешёл к мнению о бесконечности Вселенной, был английский астроном Томас Диггес; он полагал, что за пределами Солнечной системы Вселенная равномерно заполнена звёздами, природа которых не конкретизировалась. Вселенная, по Диггесу, имела неоднородную структуру, Солнце оставалось в центре мира. Пространство вне Солнечной системы - это область обитания ангелов, там не действуют законы физики. Аналогичного мнения придерживался Вильям Гильберт. Решительный шаг от гелиоцентризма к бесконечной Вселенной, равномерно заполненной звёздами, сделал итальянский философ Джордано Бруно. Из всех мыслителей Нового Времени он первым предположил, что звёзды - это далёкие солнца и что физические законы во всем бесконечном пространстве одинаковы.
С этими взглядами не соглашался Кеплер, считавший звёзды самосветящимися объектами, но имеющими принципиально другую природу, чем Солнце. Вселенную он представлял в виде шара конечного радиуса с полостью посередине, где располагалась Солнечная система. Шаровой слой за пределами этой полости Кеплер считал заполненным звёздами. Один из его доводов является непосредственным предшественником фотометрического парадокса. Напротив, Галилей, оставляя открытым вопрос о бесконечности Вселенной, считал звёзды далёкими солнцами. В середине - второй половине XVII века эти взгляды поддержали Рене Декарт, Отто фон Герике и Христиан Гюйгенс. Аргументом в пользу этой точки зрения было то, что в гелиоцентрической системе звёзды должны располагаться на расстояниях, значительно превосходящих расстояние от Земли до Солнца, и при наблюдении с таких расстояний Солнце само должно выглядеть как рядовая звезда. Гюйгенсу принадлежит первая попытка определения расстояния до звезды (Сириуса) в предположении о равенстве её светимости солнечной. При этом многие учёные считали, что совокупность звёзд занимает только часть пространства, за пределами которой - пустота. Однако в начале XVIII века Исаак Ньютон и Эдмонд Галлей высказались в пользу равномерной заполненности пространства звёздами, поскольку в случае конечности системы звёзд они неизбежно должны были упасть друг на друга под действием сил взаимной гравитации. Тем самым, Солнце, оставаясь центром планетной системы, переставало быть центром мира, все точки которого оказывались в равных условиях.
Классическая механика и утверждение гелиоцентризма
Выдвижение гелиоцентрической системы значительно стимулировало развитие физики. Прежде всего, нужно было ответить на вопрос, почему движение Земли не ощущается людьми и не проявляется в земных экспериментах. Именно на этом пути были сформулированы основополагающие положения классической механики: принцип относительности и принцип инерции; не удивительно, что эту тему первоначально обсуждали именно сторонники гелиоцентризма, в том числе Диггес, Бруно и особенно Галилей; их предшественником был Николай Орем. Далее, на основе этих принципов нужно было дать динамическое объяснение планетных движений. Это было практически невозможно сделать в рамках геоцентризма, поскольку, не прибегая к хрустальным сферам, невозможно было дать физическую трактовку птолемеевым эпициклам. Напротив, в гелиоцентрической теории путь к изучению динамики планетной системы был открыт сразу после опубликования законов Кеплера. Задачу о выводе этих законов, исходя из принципа инерции и предположения о существовании направленной к Солнцу силы, впервые поставил, по-видимому, Роберт Гук в 70-е годы XVII века. Гук объяснил движение планеты как суперпозицию движения по инерции (по касательной к траектории) и падения на тяготеющий центр и догадался, что сила тяготения должна убывать обратно пропорционально квадрату расстояния. Но честь вывода законов Кеплера из закона всемирного тяготения принадлежит Исааку Ньютону, после публикации которым «Математических начал натуральной философии» в 1687 году все споры о системе мира, не утихавшие в течение полутора столетия, утратили смысл. Солнце прочно заняло центр планетной системы, оказавшись одной из множества звёзд в бескрайней Вселенной.
Значение гелиоцентризма в истории науки
Гелиоцентрическая система мира, выдвинутая в III веке до н. э. Аристархом и возрождённая в XVI веке Коперником, позволила установить параметры планетной системы и открыть законы планетных движений. Обоснование гелиоцентризма потребовало создания классической механики и привело к открытию закона всемирного тяготения. Гелиоцентризм открыл дорогу звёздной астрономии (звёзды - далёкие солнца) и космологии бесконечной Вселенной. Основное содержание научной революции XVII века состояло в утверждении гелиоцентризма.
Source: http://ru.wikipedia.org/
Молчанова М. (9 класс «Б»)
Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической систем
Современная наука давно установила, что все объекты во Вселенной находятся в движении относительно друг друга. Однако раньше, когда в распоряжении астрономов не было техники, позволяющих это установить наверняка, относительно движения небесных тел существовали разные, порой противоречивые мнения. Вплоть до эпохи Возрождения господствовала т.н. геоцентрическая (Гео по-гречески означает «Земля») картина мира, согласно которой центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды.
С древнейших времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось наличие центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения удерживала некая опора, в качестве которой в ранних цивилизациях мыслилось какое-то гигантское мифическое животное или животные (черепахи, слоны, киты). «Отец философии» Фалес Милетский в качестве этой опоры видел естественный объект - мировой океан. Анаксимандр Милетский предположил, что Вселенная является центрально-симметричной и в ней отсутствует какое-либо выделенное направление. Поэтому у находящейся в центре Космоса Земли отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении, то есть она свободно покоится в центре Вселенной без опоры. Ученик Анаксимандра Анаксимен не последовал за учителем, полагая, что Земля удерживается от падения сжатым воздухом. Такого же мнения придерживался и Анаксагор. Анаксимандр считал Землю имеющей форму низкого цилиндра с высотой в три раза меньше диаметра основания. Анаксимен, Анаксагор, Левкипп считали Землю плоской, наподобие крышки стола. Принципиально новый шаг сделал Пифагор, который предположил, что Земля имеет форму шара. В этом ему последовали не только пифагорейцы, но также Парменид, Платон и Аристотель. Так возникла каноническая форма геоцентрической системы, впоследствии активно разрабатываемая древнегреческими астрономами: шарообразная Земля находится в центре сферической Вселенной; видимое суточное движение небесных светил является отражением вращения Космоса вокруг мировой оси. Что касается порядка следования светил, то Анаксимандр считал звёзды расположенными ближе всего к Земле, далее следовали Луна и Солнце. Анаксимен впервые предположил, что звёзды являются самыми далёкими от Земли объектами, закреплёнными на внешней оболочке Космоса. Аристотель считал, что выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, даже пространства, в то время как стоики утверждали, что наш мир погружен в бесконечное пустое пространство; атомисты вслед за Демокритом полагали, что за нашим миром (ограниченным сферой неподвижных звёзд) находятся другие миры.
Главным «творцом» геоцентризма считается древнеримский астроном Клавдий Птолемей (ок. 87-165 гг.). В своём основном труде «Великое построение», также известном под арабизированным названием «Альмагест», он изложил собрание астрономических знаний древних Греции и Вавилона.
В ходе научной революции XVII-XVIII вв. выяснилось, что геоцентризм несовместим с астрономическими фактами и противоречит физической теории; постепенно утвердилась гелиоцентрическая система мира. Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической теории планетных движений Коперником, телескопические открытия Галилея, открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном. Это был важный шаг на пути постижения человечеством истинной картины мироздания.
Гелиоцентрическая система мира - представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Ее идея возникла в античности, но получила широкое распространение лишь с конца эпохи Возрождения. В этой системе Земля предполагается обращающейся вокруг Солнца за один звёздный год и вокруг своей оси за одни звёздные сутки. Следствием второго движения является видимое вращение небесной сферы, первого - перемещение Солнца среди звёзд по эклиптике (большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца). При этом Солнце считается неподвижным относительно звёзд.
Идея движения Земли возникла в эпоху античности в среде представителей пифагорейской школы. В Средние века гелиоцентрическая система мира была практически забыта. В это время господствовала тенденция буквального прочтения библейских текстов, согласно которой среди прочих небесных тел именно Земля является главным божьим творением и поэтому находится в центре мироздания, а все прочие – вращаются вокруг нее. Эта мировоззрение поддерживалось видимой картиной: непосредственно с поверхности планеты ее движение незаметно, тогда как Солнце, Луна, звезды, подобно облакам, «движутся» по небосводу.
В начале Эпохи Возрождения подвижность Земли утверждал Николай Кузанский, но его рассуждение было сугубо философским, не связанным с объяснением конкретных астрономических явлений. Достаточно неясно на эту тему высказывался и Леонардо да Винчи. В 1450 г. появился латинский перевод «Псаммита» Архимеда, где упоминается гелиоцентрическая система Аристарха Самосского. С этим произведением был хорошо знаком ведущий европейский астроном Ренессанса Региомонтан. В частной переписке он отметил, что «движение звёзд должно претерпевать крохотные изменения за счёт движения Земли». Однако в своих опубликованных трудах Региомонтан оставался геоцентристом. Движение Земли упоминались и на рубеже XV и XVI вв. В 1499 г. эту гипотезу обсуждал итальянский профессор Франческо Капуано, причём имелось в виду не только вращательное, но и поступательное движение Земли (без конкретизации центра движения). В 1501 г. итальянский гуманист Джорджо Валла упоминал о пифагорейской доктрине о движении Земли вокруг Центрального огня и утверждал, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца.
Окончательно гелиоцентризм возродился только в XVI в., когда польский астроном Николай Коперник (1473-1543) разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер», изданной в 1543 г. Коперник полагал, что Земля совершает троякое движение: 1. Вращение вокруг оси с периодом в одни сутки, следствием чего является суточное вращение небесной сферы; 2. Движение вокруг Солнца с периодом в год, приводящее к попятным движениям планет; 3. Так называемое деклинационное движение с периодом также примерно в один год, приводящее к тому, что ось Земли перемещается приближенно параллельно самой себе. Впоследствии идеи Копрника поддержали и развили другие великие ученые Джордано Бруно, Иоганн Кеплер, Галилео Галилей, Рене Декарт. Однако со стороны консервативно настроенных (прежде всего церковных) кругов гелиоцентризм испытывал серьезный прессинг. Ученые, поддерживавшие новые тенденции в астрономии, подвергались репрессиям. В частности Джордано Бруно погиб на костре, а престарелый Галилей был судим церковным судом и лишь притворным отречением от своих убеждений спас себе жизнь. Противниками гелиоцентризма также были и протестантская и православная церкви.
Духовенство Русской православной церкви выступало с критикой гелиоцентрической системы мира вплоть до начала XX в. До 1815 г. c одобрения цензуры издавалось школьное пособие, в котором гелиоцентрическая система называлась «ложной системой философической» и «возмутительным мнением». Уральский епископ Арсений в письме от 21 марта 1908 г. советовал учителям при ознакомлении учеников с системой Коперника не придавать ей «безусловной справедливости», а преподавать её «как баснь какую». Последним произведением, в котором критиковалась гелиоцентрическая система, стала вышедшая в 1914 г. книга священника Иова Немцева. Он утверждал, что «круг земли неподвижен, а солнце ходит», а свои утверждения оправдывал с помощью цитат из Библии.
Однако и в наши дни древним заблуждениям подвержены малограмотные люди. По данным опроса, проведённого в 2011 г. Всероссийским центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ) 32% россиян согласны с тем, что Солнце вращается вокруг Земли.
Между тем надо помнить, что и гелиоцентрическая система мира не является истиной в полной мере. Ведь и Солнце не является центром мироздания. Оно всего лишь одна из многих миллиардов звезд нашей галактики, видимой с земли как бы в профиль (т.н. «Млечный путь»), и тоже движется по своей огромной орбите. Наша же галактика одна из многочисленных галактик во Вселенной, определение границ которой не входит в задачу данного сообщения.
При подготовке данного сообщения использовались: Еремеева А. И., Цицин Ф. А. История астрономии. М.: Изд-во МГУ, 1989; а также данные Интернета.
Фактически, Аристарх Самосский - Самос был островом около Турции - разработал форму гелиоцентрической системы мира еще примерно в 200 году до н.э. Другие древние цивилизации, в том числе различные мусульманские ученые в 11-м веке, сохраняли одни и те же убеждения, которые построены на работе Аристарха и европейских ученых в Средневековой Европе.
В 16-м веке астроном Николай Коперник изобрел свою версию гелиоцентрической системы мира. Как и другие до него, Коперник опирался на работу Аристарха, упоминая греческого астронома в своих заметках. Теория Коперника стала настолько известной, что когда большинство людей обсуждают гелиоцентрическую теорию в наши дни, они ссылаются на модель Коперника. Коперник опубликовал свою теорию в своей книге "О вращении небесных сфер" . Коперник поместил Землю в качестве третьей планеты от Солнца, и в его модели обращается вокруг Земли, а не Солнца. Коперник также выдвинул гипотезу, что звезды не движутся по орбитам вокруг Земли; Земля вращается вокруг своей оси, что заставляет звезды выглядеть, как будто они движутся по небу. Через применение геометрии он смог превратить гелиоцентрическую систему мира из философской гипотезы в теорию, которая проделала очень хорошую работу, прогнозируя движение планет и других небесных тел.
Единственная проблема, стоявшая перед гелиоцентрической системой мира, была в том, что Римская Католическая Церковь, очень могущественная организация во времена Коперника, считала ее еретической. Это возможно было одной из причин, почему Коперник не публиковал свою теорию до тех пор, пока он не был на смертном одре. После смерти Коперника Римская Католическая Церковь работала еще усерднее, чтобы подавить гелиоцентрическую точку зрения. Церковь арестовала Галилео за поддержку еретической гелиоцентрической модели и держала его под домашним арестом в течение последних восьми лет его жизни. Примерно в то же время, когда Галилео создал телескоп, астроном Иоганн Кеплер совершенствовал гелиоцентрическую систему мира и пытался доказать ее с помощью вычислений.
Хотя ее прогресс был медленным, гелиоцентрическая система мира наконец заменила геоцентрическую систему мира. Хотя появилось новое доказательство, некоторые начали задавать вопросы, на самом ли деле Солнце являлось центром Вселенной. Солнце не было геометрическим центром орбит планет, а центр гравитации тоже не совсем в центре Солнца. То, что это означает, хотя дети в школах учат, что гелиоцентризм - это правильная модель вселенной, астрономы используют и тот и другой вид Вселенной в зависимости от того, что они изучают, и какая теория делает их вычисления более простыми.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине «Концепции современного естествознания»
Гелиоцентрическая модель мира Н. Коперника
Введение
Глава 1. Гелиоцентризм в Древней Греции
Глава 2. Гелиоцентрическая система в варианте Коперника
Глава 3. Небесные сферы в рукописи Николая Коперника
Глава 4. Значение гелиоцентризма в истории науки
Заключение
Список литературы
Введение
Наука - это нескончаемые странствия в поисках неведомого, непрестанное проникновение в неизвестное, неукротимое стремление познать мир, в котором мы живем. Наука привела людей дальние страны, в самые дикие уголки Земли и даже на Луну. При помощи телескопа, микроскопа и других научных приборов наука позволила нам заглянуть в глубины космического пространства и мир галактик, в раскаленные недра Земли, лежащие на многокилометровой глубине у нас под ногами, и вечное движение молекул, атомов, атомных ядер и электронов, в образец совершенства – кристаллы и толщу льда, превосходящего по возрасту динозавров, в мир простейших живых существ и тайны зарождения жизни на Земле, в удивительный мир живой клетки с её саморегуляцией и внутренними взаимосвязями.
Самое важное из совершенных человеком открытий – это осознание того, что природу можно изучать научными методами.
Принято считать, что наука зародилась в Древней Греции, хотя китайцы ещё раньше и независимо от греков сделали ряд важных открытий, особенно в астрономии. При римлянах наука в Европе пришла в упадок, однако арабы в Северной Африке сохранили накопленные их предшественниками знания. И лишь в эпоху Возрождения в Европе вновь ожил свойственный человеку дух открытий, и человек обратился к сокровищнице древнегреческих и латинских текстов. Но в гораздо большей степени, чем все остальные события, зарождению новой науки способствовал выход в свет книги Николая Коперника “Об обращениях небесных сфер” (1534). Коперник заложил основы нового научного метода, продемонстрировав строгость и простоту объяснений, показав относительность положений и скорость тел и невыделенность обители человечества – Земли во Вселенной. Эти принципы и поныне лежат в основе научного познания мира.
Глава 1. Гелиоцентризм в Древней Греции
Уже в древности было замечено, что Луна, как и солнце, довольно быстро смещается по отношению к звездам, а значит, обладает собственным движением. Иногда происходили удивительные явления: то Солнце “исчезало” во время солнечных затмений, то Луна становилась очень темной в периоды полнолуния. Тогда ещё не знали, что солнечное затмение случается, когда Луна проходит между Солнцем и Землей, отбрасывая тень на Землю, а лунное – когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой и Луна входит в земную тень.
Древние греки знали, что пять ярких планет – Меркурий, Венера, Маркс, Юпитер и Сатурн движутся относительно звезд и тем в корне отличаются от них. Поскольку взаимное расположение звезд оставалось неизменным в течение длительного периода, считалось, что звезды прикреплены к хрустальной сфере, вращающейся вокруг земли.
Евдокс Книдский (род. около 480 г. до н.э.) заложил научные основы астрономии. Он попытался объяснить движение Солнца и планет, предположив, что они равномерно обращаются по идеальным окружностям, центры которых расположены вблизи центра земли, но не совпадают с ним, т.е. движутся вокруг Земли между её поверхностью и сферой, так называемых неподвижных звезд.
Аристотель (IV в. до н.э.) и Птолемей (II в.н.э.) считали, что Земля находится в центре мира. Эта древняя система представлений была усовершенствована Птолемеем (около 90-160).
В его системе предполагалось, что все небесные орбиты имеют форму идеального круга, но так как наблюдаемые движения планет не соответствовали идее о движении по кругу с постоянной скоростью, эту систему пришлось усложнить. Так были введены эпициклы – небольшие круги, по которым двигались планеты; центры этих кругов в свою очередь обращались вокруг земли по основным кругам (деферентам).
Создать полную картину мира выпало на долю Клавдия Птолемея в знаменитом на века сочинении “Тринадцать книг математического построения”, дошедшим до нас под заглавием “Великое построение” или в арабском варианте названия “Альмагест” (“Величайшее…”). Главная часть этой книги посвящена изложению геоцентрической системы мира, в которой шарообразная Земля занимает центральное положение.
В системе Птолемея (рис.1) Земля (1) покоится в центре мира. Вокруг нее движутся Луна (2), Меркурий (3), Венера (4), Солнце (5), Маркс (6), Юпитер (7) и Сатурн (8); каждое тело движется по малому эпициклу.
И этой теории астрономы следовали в течение 14 столетий.
Некоторые древнегреческие философы, прежде всего Аристарх Самосский (320-250 гг. до н.э.), предполагали, что Земля движется вокруг Солнца. Аристарх был провозвестником гелиоцентрической теории мира. Его идея двойного движения Земли (вокруг оси и вокруг солнца) учеными не замалчивались. Птолемей обсуждает эту идею в Альмагесте и не соглашается с нею.
Однако гелиоцентрическая теория, согласно которой Солнце находится в центре, в целом отвергалась вплоть до XVI в., когда польский каноник Николай Коперник совершил свое замечательной открытие.
Глава 2. Гелиоцентрическая система в варианте Коперника
Когда Коперник - почти 500 назад – лет высказал твердое убеждение, что земля движется вокруг Солнца, Лютер воскликнул: “Этот безумец хочет перевернуть всю астрономическую науку вверх дном. Но как записано в Священном писании, именно Солнцу, а не Земле Иисус Навин приказал остановиться”. В 1508 г. Коперник писал: “ То, что нам кажется движением Солнца, на самом деле происходит не из-за того, что оно движется, а потому что движется Земля”.
Размышляя о Птолемеевой системе мира, Коперник поражался её сложности и искусственности, и, изучая сочинения древних философов, особенно Никиты Сиракузского и Филолая, он пришел к выводу, что не Земля, а Солнце должно быть неподвижным центром Вселенной, но при этом он сохранил идеальные круговые орбиты и считал даже необходимым сохранить эпициклы и деференты древних для объяснения неравномерности движений.
Свою идею гелиоцентрической системы Коперник кратко сформулировал в “Малом комментарии”.
В нем Коперник вводит семь аксиом, которые позволят объяснить и описать движение планет значительно проще, чем в Птолемеевской теории:
Орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;
Центр Земли - не центр вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;
Все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;
Расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;
Суточное движение Солнца - воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;
Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), вращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) - не более чем эффект движения Земли;
Это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.
Эти утверждения полностью противоречили господствовавшей на тот момент геоцентрической системе. Хотя, с современной точки зрения, модель Коперника недостаточно радикальна. Все орбиты в ней круговые, движение по ним равномерное, так что эпициклы пришлось сохранить - правда, их стало меньше, чем у Птолемея.
В этой работе Коперник опускает математические доказательства своей теории, “поскольку они предназначены для более обширного сочинения”. Этим сочинением стало его бессмертное произведение “О вращениях небесных сфер”.
Как же представлялась Копернику Солнечная система после допущения суточного вращения Земли? Неподвижный небесный свод, Солнце, которое может быть или неподвижным, или движущимся по эклиптике – кривой, неподвижно связанной с небесным сводом. В отношении вращения Земли могли быть две возможности: ось вращения неподвижна (Земля остается на одном и том же месте) или перемещается.
Если считать ось вращения Земли неподвижной, то плоскость, проведенная через центр Земли перпендикулярно оси вращения, будет постоянной. Но эта плоскость пересекает небесный свод тоже по неподвижной кривой (небесному экватору). Таким образом, точка весеннего равноденствия, находящаяся в пересечении двух неподвижных кривых, должна оставаться постоянной и, следовательно, прецессия невозможна. Но она существует. Так как эклиптика неподвижна, небесный экватор должен перемещаться. Иными словами, существование прецессии можно объяснить только подвижностью Земли. Таким образом, подвижность Земли является не результатом чисто математического построения, а вполне реальным фактом, доказываемым существованием прецессии.
Перед Коперником возникла задача – определить характер движения Земли как твердого тела. Из всех движений твердого тела Николаю Копернику были известны только вращательные; он знал также правила их сложений, поэтому и созданная им модель движения Земли имела название теории тройного движения.
Первое вращение Земли – годовое: центр Земли в плоскости эклиптики описывает вокруг Солнца окружность.
Второе вращение Земли Коперник назвал деклинационным и считал, что от него зависит смена времен года.
Третье вращение Коперника представляет хорошо известное суточное вращение, совершающееся вокруг оси Земли.
Остальная часть “Малого комментария” посвящена движениям Луны и планет. При этом он исходил из принципа, который теперь так и называется принципом Коперника: относительное движение двух тел не изменится, если к обоим телам прибавить одинаковое движение.
Механизм вращения планет также оставлен прежним - вращение сфер, к которым прикреплены планеты. Но тогда ось Земли в ходе годичного вращения должна поворачиваться, описывая конус; чтобы объяснить смену времён года, Копернику пришлось ввести третье (обратное) вращение Земли вокруг оси, перпендикулярной эклиптике, которое использовал также для объяснения причины предварения равноденствий. На границу мира Коперник поместил сферу неподвижных звёзд. Строго говоря, модель Коперника даже не была гелиоцентрической, так как Солнце он расположил не в центре планетных сфер.
Реальное движение планет, особенно Марса, не круговое и не равномерное, и надуманные эпициклы неспособны надолго согласовать модель с наблюдениями. Из-за этого таблицы Коперника, первоначально более точные, чем птолемеевы, вскоре существенно разошлись с наблюдениями, что немало озадачило и охладило восторженных сторонников новой системы. Точные гелиоцентрические (Рудольфовы) таблицы издал позже Иоганн Кеплер, который открыл истинную форму орбит планет (эллипс), а также признал и математически выразил неравномерность их движения.
И всё же модель мира Коперника была колоссальным шагом вперёд и сокрушительным ударом по архаичным авторитетам. Низведение Земли до уровня рядовой планеты определённо подготавливало (вопреки Аристотелю) ньютоновское совмещение земных и небесных природных законов.
Он уверенно предсказал, что Венера и Меркурий имеют фазы, подобные лунным. После изобретения телескопа Галилей подтвердил это предвидение.
Сообщая Земле и рассматриваемой планете движения, равные движению Земли, но только направленные в противоположную сторону, мы как бы останавливаем Землю. Тогда планета кроме уже имевшегося движения вокруг Солнца будет иметь еще круговое движение, которое мы увидим в форме движения по эпициклу. Величина этого эпицикла, представляющая собой видимый с Земли круг, описываемый ею вокруг Солнца, будет зависеть от расстояния планеты до Земли: чем дальше планета, тем меньше будет эпицикл. Таким образом, Коперник получил возможность расположить все планеты вокруг Солнца в зависимости от их расстояния до него. В результате “...последовательность и величины светил, все сферы и даже само небо окажутся так связанными, что ничего нельзя будет переставить ни в какой части, не производя путаницы в остальных частях и во всей Вселенной”.
Глава 3. Небесные сферы в рукописи Коперника «De revolutionibus orbium coelestium»
Главное и почти единственное сочинение Коперника, плод более чем 40-летней его работы, - De revolutionibus orbium coelestium («Об обращении небесных сфер») было издано в Нюрнберге в 1543 году; оно разделено на 6 частей (книг) и печаталось под наблюдением лучшего ученика Коперника, Ретика.
В предисловии к книге Коперник пишет:
“Принимая в соображение, какой нелепостью должно показаться это учение, я долго не решался напечатать мою книгу и думал, не лучше ли будет последовать примеру пифагорейцев и других, передававших своё учение лишь друзьям, распространяя его только путём предания”.
По структуре главный труд Коперника почти повторяет «Альмагест» в несколько сокращённом виде (6 книг вместо 13). В первой части говорится о шарообразности мира и Земли, а вместо положения о неподвижности Земли помещена иная аксиома - Земля и другие планеты вращаются вокруг оси и вокруг Солнца. Эта концепция подробно аргументируется, а «мнение древних» убедительно опровергается. С гелиоцентрических позиций он без труда объясняет возвратное движение планет.
Книга первая может быть разделена по содержанию на две части. Главы с первой по одиннадцатую включительно посвящены качественному (описательному) изложению гелиоцентрической системы мира, сопровождаемому убедительной критикой основных положений геоцентризма.
Главы с двенадцатой по четырнадцатую содержат основные теоремы из планиметрии и тригонометрии, необходимые автору для построения математической теории движения планет на основе гелиоцентрической системы.
Во второй главе Книги первой Коперник доказывает, что Земля имеет шарообразную форму, приводя как доводы древних ученых, так и свои собственные.
Четвертая глава заканчивается фразой: “Поэтому я, прежде всего, считаю необходимым тщательно исследовать, в каком отношении Земля находится к небу, чтобы мы, исследуя самое высшее, не забывали более близкого и в таком заблуждении не приписывали небесному того, что свойственно Земле”.
Эта фраза наилучшим образом характеризует исследовательское кредо великого естествоиспытателя, выражавшееся в том, что всякое явление требует детального анализа и изучения и ничто видимое не может приниматься на веру за действительное. Здесь очень хорошо видно принципиальное различие между подходом Коперника и Птолемея к геометрической картине мироздания.
Все произведение Николая Коперника базируется на едином принципе, свободном от предрассудков геоцентризма. Это – принцип относительности механических движений, согласно которому всякое движение относительно. Понятие движения не имеет смысла, если не выбрана система отсчета, в которой оно рассматривается. Он четко сформулирован в пятой главе. Из этого принципа вытекает, что, поскольку наблюдатель находится на Земле, он не может непосредственно видеть само движение Земли, но оно может быть косвенно обнаружено в движении звездного неба.
В седьмой и восьмой главах дана убедительная критика геоцентризма древних астрологов. Если бы Земля обладала вращением вокруг оси, то тогда благодаря центробежному эффекту, который был хорошо известен уже в древности, Земля распалась бы на части. Раз его нет, отсюда следует, - рассуждал Птолемей, - что Земля неподвижна, а вокруг нее движется все небесное. Но в таком случае, - замечает Коперник, - небо распалось бы еще быстрее, так как небесная сфера с многочисленными звездами обладает намного большими размерами, чем Земля, и, следовательно, центробежный эффект для нее еще больше. Не означает ли это на самом деле, - говорит Коперник, - что небесный свод неподвижен, а Земля, как маленькая частица в мироздании, обладает суточным вращением? Эти рассуждения Коперник для его времени были вызывающими, революционными, поскольку он отвергал точку зрения древних столпов науки, низводил небо с его пьедестала и применял как к земным явлениям, так и к небесным одни и те же закономерности.
В десятой главе описывается картина гелиоцентрической системы мироздания и приведен знаменитый рисунок (рис.2), на котором указано расположение небесных сфер. В системе Коперника Солнце (1) находится в центре Солнечной системы, вокруг него обращаются Меркурий (2),Венера (3),Земля (4), Марс (5), Юпитер (6), Сатурн (7).
Для объяснения кинематики небесной сферы Коперник ввел три движения, которыми обладает Земля. Они описаны в главе одиннадцатой Книги Первой.
Таким образом, Книга Первая дает нам полное описание сущности революционной доктрины Коперника, освободившей науку от порочных положений геоцентризма. Научные положения Коперника поразили своей новизной и ясностью весь тогдашний ученый мир. Но нужно было не только выдвинуть эти гениальные идеи. Нужно было также дать по возможности строгое обоснование всех положений, выдвинутых в Книге Первой.
Во Второй Книге даются сведения по сферической тригонометрии и правила вычисления видимых положений звезд, планет и Солнца на небесном своде и заканчивается звездным каталогом, содержащим координаты 1025 звезд и повторяющим в слегка измененном виде каталог “Альмагеста”.
В Третьей Книге говорится о годовом движении Земли и прецессии (предварении равноденствий), причём Коперник правильно объясняет её смещением земной оси, из-за чего перемещается линии пересечения экватора с эклиптикой.
В Четвертой - о Луне, в пятой – он дает полное развитие гелиоцентрической теории планетных движений со всеми математическими и численными доказательствами и в шестой - излагается теория видимого движения планет по широте, т.е. их перемещения поперек эклиптики. В книге также содержится, оценка размеров Солнца и Луны, расстояния до них и до планет (близкие к истинным), теория затмений.
Таким образом, мы видим что сочинение “О вращениях небесных сфер” является по сути своей более подробной и детальной проработкой, с приведением математических доказательств положений, указанных в “Малом комментарии”.
В своих вычислениях Коперник основывался на наблюдениях эллинистической эпохи, арабов и современных наблюдениях, в том числе собственных. Но для непосредственных преемников Коперника – как бы они не относились к принципам его учения – заключительные книги “De revolutionibus” послужили основой для построения новых планетных эфемерид.
Глава 4. Значение гелиоцентризма в истории науки
Основной заслугой Коперника было обоснование положения о том, что видимое движение Солнца и звезд объясняется не обращением их вокруг Земли, а суточным вращением самой Земли вокруг собственной оси и годичным обращением ее вокруг Солнца. Этим самым идее гелиоцентризма, высказанной еще в древности Аристархом Самосским, была придана научная форма и отвергалось геоцентрическое учение Клавдия Птолемея, господствовавшее до того и официально поддерживавшееся отцами церкви.
Разработанная Коперником теория позволила ему впервые в истории науки о небе сделать обоснованные выводы о действительном расположении планет в Солнечной системе и с весьма большой точностью определить их относительные расстояния от Солнца.
Любое из положений учения Коперника представляло собой большое открытие, важное не только для астрономии, но и для естествознания в целом. Однако еще более важным было значение теории Коперника для того переворота в мировоззрении человечества, который был непосредственно или опосредованно ею вызван.
В самом деле, почему церковь поддерживала геоцентрическую модель мира, по Птоломею, и учение Аристотеля, по которому опять же Земля вместе с непосредственно окружающим ее “подлунным миром” расположена в центре всего, ибо состоит из самых тяжелых элементов, ни один из которых не может быть вечным; “надлунный” же мир обладает свойствами “чистоты” и “нетленности”, резко отличающими его от земных? Да потому, что эти положения и в самом деле не задевали догматов Священного писания о том, что бог создал человека “по своему образу и подобию” и все в природе приспособлено к его существованию: покоящаяся в центре мира Земля – для его обитания, движущееся вокруг нее Солнце – для обеспечения человека светом и теплом, дождь – для увлажнения его пашни и т.д., а вот уж землетрясения, наводнения, бури посылаются богом в наказание за грехи.
И над такими привычными, освященными веками, традицией и церковью представлениями о столь целесообразном устройстве мира нависает угроза: если Земля не занимает в мире центрального, главенствующего положения, а представляет собой одну из многих планет, обращающихся вокруг Солнца, то можно ли рассматривать мир как нечто, созданное исключительно и ради основного обитателя Земли – человека? И учение Коперника не могло не вызвать сомнений в истинности и непоколебимости библейских догм. В этом состоял удар, нанесенный новым учением в самое чувствительное место теологии. И удар это имел далеко идущие последствия, важные не только для дальнейшего развития астрономии, естествознания, науки в целом, но и для коренного изменения в образе мыслей, в подходе к изучению закономерностей окружающего нас мира, без которого был бы немыслим тот бурный процесс развития научного естествознания, который начался вскоре после опубликования гениального произведения Коперника, процесс естественнонаучной революции Нового времени, по праву называемой коперниканской.
Прекрасной иллюстрацией совмещения научного знания и религиозных учений является становление научной картины мира в рамках гелиоцентрической модели. Так, в целях обоснования своей концепции Н. Коперник обратился к мысли древних, согласно которой Земля и все планеты движутся вокруг некоего “центрального огня”. Его перу принадлежат астрологические изыскания о влиянии планет на судьбы людей.
Заключение
Гелиоцентрическая система Коперника, изложенная в 1543 г. в его знаменитом труде “Об обращениях небесных сфер”, явилась важным этапом в развитии человеческой мысли. С публикацией этой работы началась новая эра в астрономии.
Создавая свое учение о движении Земли, Коперник объяснял ее кажущуюся неподвижность относительностью движения и покоя: ”Так при движении корабля в тихую погоду всё находящееся вне представляется мореплавателям движущимся, как бы отражая движение корабля, а сами наблюдатели, наоборот, считают себя в покое со всем с ними находящимися. Это же, без сомнения может происходить и при движении Земли, так что мы думаем, будто вокруг неё вращается вся Вселенная”.
Теория Коперника – возможно, наиболее важная научная теория за всю историю человечества, поскольку она в корне изменила представление человека о его месте в мире. До Коперника человек считал Землю и себя центром мироздания. Его низвергла Землю с её главенствующего положения, неподвижного положения в центре Солнечной системы. После выхода труда Коперника человек осознал, что он лишь крохотная частичка, затерянная в бескрайних просторах Вселенной.
В настоящее время учение Коперника о движении Земли имеет не чисто академический интерес. Запуская космические ракеты, осуществляя полеты космонавтов, приходится учитывать собственное вращение нашей планеты и её орбитальное движение вокруг Солнца.
Список используемой литературы
1. Концепции современного естествознания // Лихин А.Ф. // – М.: ТК Велби, Издательство проспект, 2006.
2. Концепции современного естествознания // Солопов Е.Ф. // – М.: Владос, 2001.
3. Концепции современного естествознания // Горелов А.А. // – М.: Центр, 1997.
4. Николай Коперник // Сборник // - М.: Знание, 1973.
5. Белый Ю.А., Веселовский И.А. Николай Коперник (1473–1543) – М.: “Наука”, 1974.
6. Замечательные ученые // Под ред. С.П. Капицы – М.: “Наука”, 1980.
7. Радость познания // Наука и вселенная // т.1. Под ред. А.Д. Суханова, Г.С. Хромова – М.: “Мир”, 1983.
Введение
Каждый человек с начала времен стремится к познанию себя и окружающего его действительности. Огромное количество людей посвятило себя поиску ответов на вопросы о строении, происхождении и развитии мира, посвятило себя изучению вселенной и её законов.
Астрономия - это одна из старейших наук, возникшая во 2 тысячелетии до н. э. В Вавилоне и Египте велись многолетние систематические наблюдения за движением Солнца, Луны и планет, была установлена периодичность лунных и солнечных затмений. Однако люди того времени считали, что Земля плоская, держится на трех китах и накрыта выпуклой крышкой.
Впервые к выводу о том, что Земля имеет шарообразную форму, пришёл древнегреческий ученый Пифагор в VI в. до н. э. Почти все древнегреческие ученые считали, что Земля это центр мира и все остальные небесные тела вращаются вокруг неё. Такую систему мира называют геоцентрической системой мира. Такая система была разработана Эвдоксом и Аристотелем, и усовершенствована александрийским астрономом К. Птолемеем в II в н. э., поэтому её часто называют птолемеевой системой мира. Геоцентрическая система мира была общепризнанной почти полторы тысячи лет.
Представление Н. Коперника о солнечной системе стало революционным открытием в астрономии и по сей день является фундаментом для дальнейшего изучения вселенной. Поэтому тема «Гелиоцентрическая система мира Коперника» на протяжении уже почти 5 столетий остаётся актуальной.
Цель данной работы изучить и проанализировать развитие гелиоцентрической системы мира от её появления до её признания.
Создание гелиоцентрической системы мира
На протяжение многих веков принимая геоцентрическую систему мира априори верной, о возможности иного устройства мира задумывались редко. Свои догадки в перерез центральному расположению Земли высказал Аристарх Самосский в III в. до н. э. На основе астрономических наблюдений он установил, что расстояние до Солнца значительно больше расстояния до Луны. Он полагал, что в центре мира находится Солнце, что видимое движение небесных тел объясняется вращением Земли вокруг своей оси и обращением Земли и планет вокруг Солнца. Однако такая модель была отвергнута из религиозных соображений и, назвав безбожником, Аристарха изгнали из Александрии. В атмосфере упадка науки таки религиозные обвинения привели к тому, что астрономы и физики, даже если были сторонниками теории Аристарха, старались воздерживаться от публичных заявлений, что и привело к забвению такой модели мира. После чего геоцентрическая теория Птолемея прочно укрепилась на долгое время.
Революцию в научных представлениях об устройстве Вселенной произвел Николай Коперник в XVI в., опубликовав книгу под названием «Об обращении небесных кругов». Коперник показал, что вес наблюдаемые движения небесных светил легко объясняются гелиоцентрической системой мира (от греческого Гелиос - Солнце). В центре мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого движутся планеты, в том числе и Земля со своим единственным реальным спутником Луной. На огромном расстоянии от планет находилась сфера «постоянных» звезд. Вывод об огромной удаленности этой сферы диктовался самим гелиоцентрическим принципом. Так Коперник смог согласовать гелиоцентризм с видимым отсутствием у звезд параллактических. Таким было одно из существенных возражений Аристотеля против идеи движения Земли.
В своей книге Коперник старался не касаться чрезвычайно скользких богословских вопросов. Он придал изложению такой характер, чтобы можно было прочесть значительную часть книги, не заметив заключающегося в ней нового учения о Земле, планетах и Солнце. Коперник вполне ясно сознавал важные последствия, вытекающие из его системы мира, по отношению ко всему принятому в его эпоху мировоззрению и что вначале лишь немногие в силах будут оценить его идеи. Он знал - эти идеи вызовут противодействие церкви, и именно поэтому он долго оттягивал издание готового сочинения. Он даже думал, не выпуская в свет своего труда, а передать свое учение узкому кругу лиц, которые сохранили бы его и передали потомкам как предание. Лишь в 1542 г., за год до своей смерти, семидесятилетний Коперник решился издать свой труд. Книга была напечатана в Нюрнберге в мае 1543 г., как раз после того, как опубликованный папский приказ запретил печатать, читать и продавать книги, не прошедшие одобрения «конгрегацией индекса» запрещенных книг, т. е. инквизиционной цензурой.
