Геоцентрическая модель

«Геоцентрический» перенаправляется сюда. Чтобы узнать об орбитах вокруг Земли, см. Геоцентрическую орбиту . Информацию о системе координат см. в разделе Геоцентрические координаты .

Фигура небесных светил — Иллюстрация нептолемеевской геоцентрической системы португальского космографа и картографа Бартоломеу Велью , 1568 г. (Национальная библиотека, Париж)

В астрономии геоцентрическая модель (также известная как геоцентризм , часто иллюстрируемая системой Птолемея ) представляет собой с Землей замененное описание Вселенной в центре . Согласно большинству геоцентрических моделей, Солнце , Луна , звезды и планеты вокруг вращаются Земли. Геоцентрическая модель была преобладающим описанием космоса во многих древних европейских цивилизациях, таких как цивилизации Аристотеля в классической Греции и Птолемея в римском Египте, а также во время Золотого века ислама .

Два наблюдения подтвердили идею о том, что Земля является центром Вселенной. Во-первых, из любой точки Земли кажется, что Солнце совершает оборот вокруг Земли один раз в день . Хотя Луна и планеты имеют собственное движение, они также, по-видимому, вращаются вокруг Земли примерно один раз в день. Звезды казались неподвижными на небесной сфере, вращающейся один раз в день вокруг оси, проходящей через географические полюса Земли. Во-вторых, Земля кажется неподвижной с точки зрения земного наблюдателя; он кажется твердым, стабильным и неподвижным.

Древнегреческие , древнеримские и средневековые философы обычно сочетали геоцентрическую модель со сферической Землей , в отличие от более старой модели плоской Земли, подразумеваемой в некоторой мифологии . Однако греческий астроном и математик Аристарх Самосский ( ок. 310 – ок. 230 до н. э. ) разработал гелиоцентрическую модель, разместив все известные тогда планеты в правильном порядке вокруг Солнца. Древние греки считали, что движения планет были круговыми , и эта точка зрения не оспаривалась в западной культуре до 17 века, когда Иоганн Кеплер постулировал, что орбиты гелиоцентрические и эллиптические Кеплера ( первый закон движения планет ). В 1687 году Ньютон показал, что эллиптические орбиты можно вывести из его законов гравитации.

Астрономические предсказания геоцентрической модели Птолемея , разработанной во II веке нашей эры, служили основой для подготовки астрологических и астрономических карт на протяжении более 1500 лет. Геоцентрическая модель господствовала до начала Нового времени, но с конца XVI века ее постепенно вытеснила гелиоцентрическая модель Коперника (1473–1543), Галилея (1564–1642) и Кеплера (1571–1630). Переходу между этими двумя теориями встречалось большое сопротивление, поскольку долгое время геоцентрический постулат давал более точные результаты. Кроме того, некоторые считали, что новая, неизвестная теория не сможет подорвать общепринятый консенсус в отношении геоцентризма.

Древняя Греция

Иллюстрация моделей Вселенной Анаксимандра. Слева лето; справа зима.

Геоцентрическая модель вошла в греческую астрономию рано и философию; его можно найти в досократической философии . В VI веке до нашей эры Анаксимандр предложил космологию Земли в форме части колонны (цилиндра), находящейся в центре всего сущего. Солнце, Луна и планеты были дырами в невидимых колесах, окружающих Землю; через отверстия люди могли видеть скрытый огонь. Примерно в то же время Пифагор думал, что Земля представляет собой сферу (в соответствии с наблюдениями за затмениями), но не в центре; он считал, что оно движется вокруг невидимого огня. Позже эти взгляды были объединены, поэтому большинство образованных греков, начиная с 4 века до нашей эры, считали, что Земля представляет собой сферу в центре Вселенной.

В IV веке до нашей эры два влиятельных греческих философа, Платон и его ученик Аристотель , написали работы, основанные на геоцентрической модели. По Платону, Земля представляла собой сферу, неподвижную в центре Вселенной. Звезды и планеты переносились вокруг Земли на сферах или кругах , расположенных в следующем порядке (наружу от центра): Луна, Солнце, Венера, Меркурий, Марс, Юпитер, Сатурн, неподвижные звезды, причем неподвижные звезды располагались на небесном своде. сфера. В своем « Мифе об Эр », одном из разделов «Республики » , Платон описывает космос как Веретено Необходимости , сопровождаемое Сиренами и вращаемое тремя Судьбами . Евдокс Книдский , который работал с Платоном, разработал менее мифическое, более математическое объяснение движения планет, основанное на изречении Платона о том, что все явления на небесах можно объяснить равномерным круговым движением. Аристотель развил систему Евдокса.

В полностью развитой аристотелевской системе сферическая Земля находится в центре Вселенной, а все остальные небесные тела прикреплены к 47–55 прозрачным вращающимся сферам, окружающим Землю, и все они концентричны ей. (Это число настолько велико, потому что для каждой планеты необходимо несколько сфер.) Эти сферы, известные как кристаллические сферы, все двигались с разной одинаковой скоростью, создавая вращение тел вокруг Земли. Они состояли из нетленной субстанции, называемой эфиром . Аристотель считал, что Луна находится во внутренней сфере и поэтому соприкасается с царством Земли, вызывая темные пятна ( пятна ) и способность проходить лунные фазы . Далее он описал свою систему, объяснив естественные тенденции земных элементов: земли, воды, огня, воздуха, а также небесного эфира. Его система считала, что земля является самым тяжелым элементом с самым сильным движением к центру, поэтому вода образовывала слой, окружающий сферу Земли. С другой стороны, воздух и огонь имели тенденцию двигаться вверх, от центра, причем огонь легче воздуха. За слоем огня находились твердые сферы эфира, в которых были заключены небесные тела. Они также полностью состояли из эфира.

Приверженность геоцентрической модели во многом обусловлена ​​несколькими важными наблюдениями. Прежде всего, если бы Земля действительно двигалась, то можно было бы наблюдать смещение неподвижных звезд из-за звездного параллакса . Таким образом, если бы Земля двигалась, формы созвездий должны были бы существенно меняться в течение года. Поскольку казалось, что они не двигаются, либо звезды находятся намного дальше, чем Солнце и планеты, чем предполагалось ранее, что делает их движение незаметным, либо Земля вообще не движется. Поскольку звезды на самом деле находятся гораздо дальше, чем предполагали греческие астрономы (что делает угловое движение чрезвычайно малым), звездный параллакс не был обнаружен до 19 века . Поэтому греки из двух объяснений выбрали более простое. Еще одно наблюдение, использованное в то время в пользу геоцентрической модели, заключалось в кажущейся постоянстве светимости Венеры, что означает, что она обычно находится примерно на одном и том же расстоянии от Земли, что, в свою очередь, больше соответствует геоцентризму, чем гелиоцентризму. (На самом деле, постоянство света Венеры обусловлено тем, что любая потеря света, вызванная ее фазами, компенсируется увеличением видимого размера, вызванным ее различным расстоянием от Земли.) Противники гелиоцентризма отмечали, что земные тела естественным образом имеют тенденцию останавливаться. как можно ближе к центру Земли. Кроме того, за исключением возможности упасть ближе к центру, земные тела имеют тенденцию не двигаться, если их не принуждает внешний объект или они не преобразуются в другой элемент под действием тепла или влаги.

Предпочтение отдавалось атмосферным объяснениям многих явлений, поскольку модель Евдоксана-Аристотеля, основанная на идеально концентрических сферах, не предназначалась для объяснения изменений яркости планет из-за изменения расстояния. В конце концов, от идеально концентрических сфер отказались, поскольку было невозможно разработать достаточно точную модель в соответствии с этим идеалом с помощью доступных тогда математических методов. Однако, давая аналогичные объяснения, более поздняя модель деферента и эпицикла уже была достаточно гибкой, чтобы учитывать наблюдения.

Модель Птолемея

Основные элементы астрономии Птолемея, показывающие планету на эпицикле с эксцентричной деферентной и эквантной точкой. Область, заштрихованная зеленым цветом, представляет собой небесную сферу, которую занимает планета.

Хотя основные положения греческого геоцентризма были установлены ко времени Аристотеля, детали его системы не стали стандартными. Система Птолемея, разработанная эллинистическим астрономом Клавдием Птолемеем во 2 веке нашей эры, окончательно стандартизировала геоцентризм. Его главный астрономический труд « Альмагест » стал кульминацией многовековой работы эллинистических , эллинистических и вавилонских астрономов. На протяжении более тысячелетия европейские и исламские астрономы полагали, что это правильная космологическая модель. Из-за ее влияния люди иногда ошибочно полагают, что система Птолемея идентична геоцентрической модели .

Птолемей утверждал, что Земля представляет собой сферу в центре Вселенной, исходя из простого наблюдения, что половина звезд находится над горизонтом, а половина - под горизонтом в любой момент времени (звезды на вращающейся звездной сфере), а также предположения, что звезды все они находились на некотором умеренном расстоянии от центра Вселенной. Если бы Земля была существенно смещена от центра, это разделение на видимые и невидимые звезды не было бы равноправным.

Птолемеева система

Страницы из аннотации 1550 года к книге Сакробоско «De sphaera mundi» , показывающие систему Птолемея.

В системе Птолемея каждая планета приводится в движение системой двух сфер: одна называется ее защищающей; другой — его эпицикл . Деферент — это круг, центральная точка которого, называемая эксцентриком и отмеченная на схеме знаком X, находится далеко от Земли. Первоначальная цель эксцентрика заключалась в том, чтобы объяснить разницу в продолжительности времен года (северная осень в этот период времени была примерно на пять дней короче весны) путем размещения Земли вдали от центра вращения остальной части Вселенной. Другая сфера, эпицикл, встроена внутрь другой сферы и представлена ​​меньшей пунктирной линией справа. Затем данная планета движется вокруг эпицикла, в то время как эпицикл движется по пути, отмеченному деферентом. Эти комбинированные движения заставляют данную планету приближаться к Земле и удаляться от нее в разных точках ее орбиты и объясняют наблюдение, что планеты замедляются, останавливаются и двигаются назад в ретроградном движении. , а затем снова повернуть назад, чтобы возобновить нормальное или прямое движение.

Модель деферента и эпицикла использовалась греческими астрономами на протяжении веков вместе с идеей эксцентрика (деферента, центр которого немного удален от Земли), которая была еще старше. На иллюстрации центром деферента является не Земля, а точка, отмеченная буквой X, что делает ее эксцентричной (от греческого ἐκ ec-, означающего «от» и κέντρον kentron, означающего «центр»), от которого пятно и получило свое название. К сожалению, система, имевшаяся во времена Птолемея, не совсем соответствовала наблюдениям , хотя и была усовершенствованием по сравнению с системой Гиппарха. Наиболее заметно, что размер ретроградной петли планеты (особенно Марса) будет меньше, а иногда и больше, чем ожидалось, что приведет к ошибкам позиционирования до 30 градусов. Чтобы облегчить проблему, Птолемей разработал эквант . Эквантом называлась точка вблизи центра орбиты планеты, где, если бы вы стояли там и смотрели, казалось бы, что центр эпицикла планеты всегда движется с одинаковой скоростью; во всех других местах скорость будет неравномерной, как на Земле. Используя эквант, Птолемей утверждал, что сохраняет равномерное и круговое движение, хотя это и отклонялось от платонического идеала. равномерное круговое движение . Получившаяся в результате система, которая в конечном итоге получила широкое признание на Западе, кажется современным астрономам громоздкой; Для каждой планеты требовался эпицикл, вращающийся на деференте, компенсируемом эквантом, который был разным для каждой планеты. Он предсказал различные небесные движения, включая начало и конец ретроградного движения, с точностью до 10 градусов, что значительно лучше, чем без экванта.

Модель с эпициклами на самом деле является очень хорошей моделью эллиптической орбиты с низким эксцентриситетом. Известная форма эллипса не проявляется в заметной степени при эксцентриситете менее 5%, но расстояние смещения «центра» (фактически фокуса, занимаемого Солнцем) очень заметно даже при малых эксцентриситетах, которыми обладает по планетам.

Подводя итог, Птолемей задумал систему, которая была совместима с аристотелевской философией, и ему удалось отслеживать фактические наблюдения и предсказывать будущее движение, главным образом, в пределах следующих 1000 лет наблюдений. Наблюдаемые движения и механизмы их объяснения включают:

Система Птолемея

Объект(ы)	Наблюдение	Механизм моделирования
Звезды	Движение всего неба на запад примерно за 24 часа («первое движение»)	Звезды: ежедневное движение сферы звезд на запад , увлекая все остальные сферы за собой ; обычно игнорируется; другие сферы имеют дополнительные движения
Солнце	Ежегодное движение на восток по эклиптике	Движение сферы Солнца на восток за один год
Солнце	Неравномерная скорость вдоль эклиптики (неравномерные сезоны)	Эксцентрическая орбита (центр Солнца относительно Земли)
Луна	Ежемесячное движение на восток по сравнению со звездами	Ежемесячное движение сферы Луны на восток
5 планет	Общее движение на восток по зодиаку	Движение деферентов на восток; период, установленный наблюдением за обращением планеты вокруг эклиптики
Планеты	Ретроградное движение	Движение эпицикла в том же направлении, что и отводящий. Период эпицикла — время между ретроградными движениями ( синодический период ).
Планеты	Изменения скорости по зодиаку	Эксцентрик на планету
Планеты	Вариации ретроградного времени	Эквантов на планету (вместо этого Коперник использовал пару эпициклов)
Планеты	Размер деферентов, эпициклов	Определяется только соотношение между радиусом семявыносящего и связанного с ним эпицикла; абсолютные расстояния, не определенные теоретически
Внутренние планеты	Средняя наибольшая элонгация 23° (Меркурий) и 46° (Венера).	Размер эпициклов, заданный этими углами, пропорционален расстояниям.
Внутренние планеты	Ограничено движением вблизи Солнца.	Сосредоточьте их центры вдоль линии Солнце-Земля.
Внешние планеты	Ретроградно только в оппозиции , когда ярче всего	Радиусы эпициклов, выровненные по линии Солнце – Земля.

Геоцентрическая модель со временем была заменена гелиоцентрической моделью . Коперниканский гелиоцентризм мог бы исключить эпициклы Птолемея, поскольку ретроградное движение можно было рассматривать как результат комбинации движений и скоростей Земли и планет. Коперник был твердо убежден, что экванты являются нарушением аристотелевской чистоты, и доказал, что замена экванта парой новых эпициклов полностью эквивалентна. Астрономы часто продолжали использовать экванты вместо эпициклов, потому что первый было легче рассчитать и он давал тот же результат.

Было определено что модели Коперника, Птолемея и даже Тихоника дают идентичные результаты при одинаковых входных данных: они вычислительно эквивалентны. Только когда Кеплер продемонстрировал физическое наблюдение, которое могло бы показать, что физическое Солнце напрямую участвует в определении орбиты, потребовалась новая модель.

Птолемей думал, что Солнечная система выглядит так

Птолемеев порядок сфер от Земли наружу таков:

1. Луна
2. Меркурий
3. Венера
4. Солнце
5. Марс
6. Юпитер
7. Сатурн
8. Фиксированные звезды
9. Первый переезд

Птолемей не изобретал и не разрабатывал этот порядок, который соответствует древней религиозной космологии Семи Небес, общей для основных евразийских религиозных традиций. Это также следует за уменьшением орбитальных периодов Луны, Солнца, планет и звезд.

Персидская и арабская астрономия и геоцентризм

Основные статьи: обсерватория Мараге , астрономия в средневековом исламе и исламская космология.

Мусульманские астрономы в целом приняли систему Птолемея и геоцентрическую модель. но к X веку регулярно появлялись тексты, предметом которых были сомнения относительно Птолемея ( шукук ). Несколько мусульманских учёных поставили под сомнение кажущуюся неподвижность Земли и центральность во Вселенной. Некоторые мусульманские астрономы считали, что Земля вращается вокруг своей оси , например Абу Саид ас-Сиджи (ум. около 1020 г.). По словам аль-Бируни , Сиджзи изобрел астролябию под названием аз-Зураки, основываясь на убеждении некоторых его современников, «что движение, которое мы видим, обусловлено движением Земли, а не движения неба». Распространенность этой точки зрения дополнительно подтверждается ссылкой из 13 века, в которой говорится:

По мнению геометров [или инженеров] ( мухандисин ), Земля находится в постоянном круговом движении, и то, что кажется движением небес, на самом деле происходит из-за движения Земли, а не звезд.

В начале XI века Альхазен написал резкую критику модели Птолемея в своих «Сомнениях в отношении Птолемея» ( ок. 1028 ), которую некоторые истолковали как подразумевающую, что он критиковал геоцентризм Птолемея. но большинство согласны с тем, что на самом деле он критиковал детали модели Птолемея, а не его геоцентризм.

В XII веке Арзашель отошел от древнегреческой идеи о равномерных круговых движениях, предположив, что планета Меркурий движется по эллиптической орбите . в то время как Альпетрагиус предложил планетарную модель, отказавшуюся от эквантного , эпициклического и эксцентрического механизмов, хотя это привело к созданию системы, которая была математически менее точной. Его альтернативная система распространилась по большей части Европы в 13 веке.

Фахр ад-Дин ар-Рази (1149–1209), рассматривая свою концепцию физики и физического мира в своем «Маталибе» , отвергает аристотелевское и авиценнианское представление о центральном положении Земли во Вселенной, но вместо этого утверждает, что существуют « тысячи тысяч миров ( альфа альфи 'авалим ) за пределами этого мира, так что каждый из этих миров был больше и массивнее, чем этот мир, а также имел что-то подобное в этом мире есть». В поддержку своего богословского аргумента он цитирует стих Корана : «Вся хвала принадлежит Богу, Господу миров», подчеркивая термин «Миры».

«Революция Мараги» относится к революции школы Мараги против астрономии Птолемея. «Школа Мараги» представляла собой астрономическую традицию, начавшуюся в Марагинской обсерватории и продолжавшуюся астрономами Дамасской мечети и Самаркандской обсерватории . Как и их андалузские предшественники, астрономы Мараги пытались решить проблему экванты (круг, по окружности которого планета или центр эпицикла должны были двигаться равномерно) и создать конфигурации, альтернативные модели Птолемея, не отказываясь при этом от геоцентризма. Они были более успешными, чем их андалузские предшественники, в создании нептолемеевских конфигураций, которые устраняли экванту и эксцентрику, были более точными, чем модель Птолемея, в численном предсказании положения планет и лучше согласовывались с эмпирическими наблюдениями. Среди наиболее выдающихся астрономов Мараги были Моайедуддин Урди (умер в 1266 г.), Насир ад-Дин ат-Туси (1201–1274 гг.), Кутб ад-Дин аль-Ширази (1236–1311 гг.), Ибн аль-Шатир (1304–1304 гг.). 1375 г.), Али Кушджи ( ок. 1474 г. ), Аль-Бирджанди (ум. 1525 г.) и Шамс ад-Дин аль-Хафри (ум. 1550 г.).

Однако школа Мараги так и не перешла к гелиоцентризму. Влияние школы Мараги на Коперника остается спекулятивным, поскольку документальных подтверждений этому нет. Возможность того, что Коперник независимо разработал пару Туси, остается открытой, поскольку ни один исследователь еще не продемонстрировал, что он знал о работе Туси или о школе Мараги.

Геоцентризм и конкурирующие системы

Этот рисунок из исландской рукописи, датированной примерно 1750 годом, иллюстрирует геоцентрическую модель.

Не все греки согласились с геоцентрической моделью. Система Пифагора уже упоминалась; некоторые пифагорейцы считали Землю одной из нескольких планет, вращающихся вокруг центрального огня. Хикет и Экфант , два пифагорейца V века до нашей эры, и Гераклид Понтийский в IV веке до нашей эры считали, что Земля вращается вокруг своей оси, но остается в центре Вселенной. Такая система по-прежнему считается геоцентрической. Его возродил в средние века Жан Буридан . Когда-то считалось, что Гераклид Понтийский предположил, что Венера и Меркурий вращаются вокруг Солнца, а не вокруг Земли, но теперь известно, что он этого не сделал. Марсиан Капелла определенно вывел Меркурий и Венеру на орбиту вокруг Солнца. Аристарх Самосский написал не сохранившийся труд о гелиоцентризме , в котором говорилось, что Солнце находится в центре Вселенной, а Земля и другие планеты вращаются вокруг него. Его теория не пользовалась популярностью, и у него был один названный последователь, Селевк из Селевкии . Эпикур был самым радикальным. Он правильно понял в IV веке до нашей эры, что Вселенная не имеет единого центра. Эта теория была широко принята более поздними эпикурейцами и особенно защищалась Лукрецием в его стихотворении De rerum natura .

система Коперника

Основная статья: Коперниканский гелиоцентризм

В 1543 году геоцентрическая система столкнулась со своим первым серьезным вызовом после публикации книги Коперника « De Revolutionibus orbium coelestium» ( «О вращении небесных сфер »), в которой утверждалось, что Земля и другие планеты вместо этого вращаются вокруг Солнца. Геоцентрическая система сохранялась еще много лет спустя, поскольку в то время система Коперника не предлагала лучших предсказаний, чем геоцентрическая система, и создавала проблемы как для естественной философии, так и для Священных Писаний. Система Коперника была не более точной, чем система Птолемея, поскольку в ней все еще использовались круговые орбиты. Это не изменилось до тех пор, пока Иоганн Кеплер Кеплера не постулировал, что они имеют эллиптическую форму ( первый закон движения планет ).

С изобретением телескопа в 1609 году наблюдения Галилео Галилея (например, о том, что у Юпитера есть спутники) поставили под сомнение некоторые принципы геоцентризма, но не поставили его под серьезную угрозу. Наблюдая на Луне темные «пятна», кратеры, он заметил, что Луна не является идеальным небесным телом, как считалось ранее. Это было первое детальное наблюдение в телескоп несовершенства Луны, которое ранее Аристотель объяснял загрязнением Луны Землей и ее более тяжелыми элементами, в отличие от эфира высших сфер. Галилей также мог видеть спутники Юпитера, которые он посвятил Козимо II Медичи , и заявил, что они вращаются вокруг Юпитера, а не вокруг Земли. Это было важное заявление, поскольку оно означало бы не только то, что не все вращалось вокруг Земли, как указано в модели Птолемея, но также показало, что вторичное небесное тело могло вращаться вокруг движущегося небесного тела, усиливая гелиоцентрический аргумент о том, что движущаяся Земля может удерживать Луну. . Наблюдения Галилея были подтверждены другими астрономами того периода, которые быстро освоили использование телескопа, в том числе Кристофом Шайнером , Иоганном Кеплером и Джован Пауло Лембо.

В 1610 году Галилео Галилей заметил в свой телескоп, что Венера показывает фазы , несмотря на то, что она остается рядом с Солнцем на земном небе (первое изображение). Это доказало, что он вращается вокруг Солнца , а не вокруг Земли , как предсказывало Коперника гелиоцентрическая модель , и опровергло тогдашнюю традиционную геоцентрическую модель (второе изображение).

В декабре 1610 года Галилео Галилей с помощью своего телескопа заметил, что Венера , показывает все фазы , как и Луна . Он считал, что хотя это наблюдение и несовместимо с системой Птолемея, оно является естественным следствием гелиоцентрической системы.

Венеры Однако Птолемей поместил деферент и эпицикл целиком внутри сферы Солнца (между Солнцем и Меркурием), но это было произвольно; с таким же успехом он мог бы поменять местами Венеру и Меркурий и поместить их на другую сторону Солнца или сделать любое другое расположение Венеры и Меркурия, при условии, что они всегда находились рядом с линией, проходящей от Земли через Солнце, например размещение центра эпицикла Венеры вблизи Солнца. В этом случае, если Солнце является источником всего света, согласно системе Птолемея:

Если Венера находится между Землей и Солнцем, фаза Венеры всегда должна быть серповидной или полностью темной. Если Венера находится за Солнцем, фаза Венеры всегда должна быть выпуклой или полной.

Но Галилей видел Венеру сначала маленькой и полной, а позже большой и серповидной.

В этом изображении системы Тихона объекты на синих орбитах (Луна и Солнце) вращаются вокруг Земли. Вокруг Солнца вращаются объекты на оранжевых орбитах (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). Вокруг всего находится сфера звезд, которая вращается.

Это показало, что согласно птолемеевской космологии эпицикл Венеры не может находиться ни полностью внутри, ни полностью вне орбиты Солнца. В результате Птолемеи отказались от идеи, что эпицикл Венеры полностью находился внутри Солнца, а позднее в 17 веке конкуренция между астрономическими космологиями сосредоточилась на вариациях Тихо Браге ( Тихонической системы в которой Земля все еще находилась в центре Солнца). Вселенная, и вокруг нее вращалось Солнце, но все остальные планеты вращались вокруг Солнца в одном массивном наборе эпициклов), или вариациях системы Коперника.

Гравитация

Иоганн Кеплер проанализировал Тихо Браге знаменитые точные наблюдения и впоследствии построил свои три закона в 1609 и 1619 годах, основанные на гелиоцентрической точке зрения, согласно которой планеты движутся по эллиптическим траекториям. Используя эти законы, он был первым астрономом, который успешно предсказал транзит Венеры в 1631 году. Переход от круговых орбит к эллиптическим траекториям планет резко повысил точность небесных наблюдений и предсказаний. Поскольку гелиоцентрическая модель, разработанная Коперником, была не более точной, чем система Птолемея, требовались новые наблюдения, чтобы убедить тех, кто все еще придерживался геоцентрической модели. Однако законы Кеплера, основанные на данных Браге, стали проблемой, которую геоцентристам было нелегко преодолеть.

В 1687 году Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения , описанный ранее как гипотеза Роберта Гука и других. Его главным достижением было математическое выведение законов движения планет Кеплера из закона гравитации, что помогло доказать последний. Это представило гравитацию как силу, которая заставляла Землю и планеты двигаться по Вселенной, а также удерживала атмосферу от улета. Теория гравитации позволила ученым быстро построить правдоподобную гелиоцентрическую модель Солнечной системы. В своих «Началах» Ньютон объяснил свою теорию о том, как гравитация, ранее считавшаяся загадочной, необъяснимой оккультной силой, направляла движения небесных тел и поддерживала нашу Солнечную систему в рабочем состоянии. Его описания центростремительной силы стали прорывом в научной мысли, используя недавно разработанную математическую дисциплину дифференциального исчисления , окончательно заменив предыдущие школы научной мысли, в которых доминировали Аристотель и Птолемей. Однако процесс был постепенным.

Между 1673 и 1738 годами постепенно стали доступны несколько эмпирических проверок теории Ньютона, объясняющих более длительный период колебаний маятника на экваторе и различный размер градуса широты. Кроме того, звездную аберрацию наблюдал Роберт Гук в 1674 году. и проверен в серии наблюдений Жана Пикара в течение десяти лет, закончившихся в 1680 году. Однако это не было объяснено до тех пор, пока 1729 год, когда Джеймс Брэдли дал приблизительное объяснение с точки зрения вращения Земли вокруг Солнца.

В 1838 году астроном Фридрих Вильгельм Бессель успешно измерил параллакс звезды 61 Лебедя и опроверг утверждение Птолемея о том, что параллаксного движения не существует. Это окончательно подтвердило предположения Коперника, обеспечив точные и надежные научные наблюдения и убедительно показав, насколько далеки звезды от Земли.

Геоцентрическая система координат полезна для многих повседневных действий и большинства лабораторных экспериментов, но является менее подходящим выбором для механики Солнечной системы и космических путешествий. Хотя в этих случаях наиболее полезна гелиоцентрическая система отсчета , галактическую и внегалактическую астрономию будет проще, если рассматривать Солнце не как неподвижное тело и не как центр Вселенной, а как вращающееся вокруг центра нашей галактики, в то время как наша галактика, в свою очередь, также не является покоятся на космическом фоне .

относительность

Альберт Эйнштейн и Леопольд Инфельд писали в «Эволюции физики» (1938): «Можем ли мы сформулировать физические законы так, чтобы они были справедливы для всех систем координат ( систем координат ), не только для тех, которые движутся равномерно, но и для тех, которые движутся совершенно произвольно, относительно каждой системы координат». Если это удастся сделать, наши трудности будут решены. Тогда мы сможем применить законы природы к любой системе координат. Борьба, столь ожесточенная на заре науки, между взглядами Птолемея и Коперника. Тогда было бы совершенно бессмысленно. Либо CS можно было бы использовать с равным основанием. Два предложения: «Солнце покоится, а Земля движется» или «Солнце движется, а Земля покоится» - просто означали бы два разных соглашения. относительно двух разных CS. Можем ли мы построить настоящую релятивистскую физику, действительную во всех системах координат; физика, в которой не было бы места абсолютному, а только относительному движению? Это действительно возможно!»

Несмотря на то, что геоцентрическая точка зрения придает больше респектабельности, чем ньютоновская физика, теория относительности не геоцентрична. Скорее, теория относительности утверждает, что Солнце, Земля, Луна, Юпитер или любая другая точка в этом отношении может быть выбрана в качестве центра Солнечной системы с одинаковой достоверностью.

Теория относительности согласуется с предсказаниями Ньютона о том, что независимо от того, выбрано ли Солнце или Земля произвольно в качестве центра системы координат, описывающей Солнечную систему, траектории планет образуют (примерно) эллипсы относительно Солнца, а не Земли. Что касается средней системы отсчета неподвижных звезд , планеты действительно движутся вокруг Солнца, которое из-за своей гораздо большей массы движется гораздо меньше, чем его собственный диаметр, и гравитация которого является доминирующей при определении орбит планет. (другими словами, центр масс Солнечной системы находится недалеко от центра Солнца). Земля и Луна гораздо ближе к двойной планете ; центр масс, вокруг которого они оба вращаются, все еще находится внутри Земли, но находится на расстоянии около 4624 км (2873 миль) или 72,6% радиуса Земли от центра Земли (таким образом, ближе к поверхности, чем к центру).

Принцип относительности указывает на то, что правильные математические вычисления могут быть сделаны независимо от выбранной системы отсчета, и все они будут согласовываться друг с другом в отношении предсказаний реальных движений тел относительно друг друга. Нет необходимости выбирать объект в Солнечной системе с наибольшим гравитационным полем в качестве центра системы координат, чтобы предсказывать движения планетарных тел, хотя это может облегчить выполнение или интерпретацию вычислений. Геоцентрическая система координат может быть более удобной при работе только с телами, на которые больше всего влияет гравитация Земли (например, искусственные спутники и Луна ) или при расчете того, как будет выглядеть небо, если смотреть с Земли (в отличие от воображаемого объекта). наблюдатель, смотрящий на всю Солнечную систему, где другая система координат могла бы быть более удобной).

Религиозная и современная приверженность геоцентризму

Птолемеевская модель Солнечной системы господствовала до начала Нового времени ; с конца 16 века оно постепенно было заменено в качестве общепринятого описания гелиоцентрической моделью . Однако геоцентризм как отдельная религиозная вера так и не вымер полностью. в Соединенных Штатах Например, между 1870 и 1920 годами различные члены Синода Лютеранской церкви и штата Миссури опубликовали статьи, пренебрегающие коперниканской астрономией и пропагандирующие геоцентризм. Однако в «Богословском ежеквартальном журнале » 1902 года А. Л. Грэбнер заметил, что синод не имел доктринальной позиции в отношении геоцентризма, гелиоцентризма или какой-либо научной модели, если только она не противоречила Священному Писанию. Он заявил, что любые возможные заявления геоцентристов внутри синода не определяют позицию церковного органа в целом.

Статьи, утверждающие, что геоцентризм является библейской точкой зрения, появлялись в некоторых ранних науки о творении. информационных бюллетенях указывая на некоторые отрывки в Библии , которые, если понимать их буквально, указывают на то, что ежедневные видимые движения Солнца и Луны происходят из-за их фактического движения вокруг Земли, а не из-за вращения Земли вокруг своей оси. Например, в Иисусе Навине 10:12 сказано, что Солнце и Луна останавливаются на небе, а в Псалмах мир описывается как неподвижный. В Псалмах 93:1 частично говорится: «Мир утвердился, тверд и безопасен». В число современных защитников таких религиозных убеждений входит Роберт Сунгенис (автор книги 2006 года «Галилей был не прав» и псевдодокументального фильма 2014 года «Принцип» ). Эти люди придерживаются мнения, что простое чтение Библии содержит точное описание того, как была создана Вселенная, и требует геоцентрического мировоззрения. Большинство современных креационистских организаций отвергают подобные перспективы.

Опросы

Согласно отчету, опубликованному в 2014 году Национальным научным фондом , 26% опрошенных американцев считают, что Солнце вращается вокруг Земли. Моррис Берман цитирует опрос 2006 года, который показывает, что в настоящее время около 20% населения США считают, что Солнце вращается вокруг Земли (геоцентризм), а не Земля вращается вокруг Солнца (гелиоцентризм), а еще 9% заявили, что не знают. Опросы, проведенные Gallup в 1990-х годах, показали, что 16% немцев, 18% американцев и 19% британцев считают, что Солнце вращается вокруг Земли. Исследование, проведенное в 2005 году Джоном Д. Миллером из Северо-Западного университета , экспертом по общественному пониманию науки и технологий, обнаружили, что около 20%, или каждый пятый, взрослых американцев верят, что Солнце вращается вокруг Земли. По данным опроса ВЦИОМ 2011 года , 32% россиян считают, что Солнце вращается вокруг Земли.

Исторические положения римско-католической иерархии

Знаменитое дело Галилея противопоставило геоцентрическую модель утверждениям Галилея . Что касается богословской основы такого аргумента, два Папы обратились к вопросу о том, вынудит ли использование феноменологического языка признать ошибку в Писании. Оба учили, что это не так. Папа Лев XIII (1878–1903) писал:

нам приходится бороться с теми, кто, злоупотребляя физической наукой, тщательно изучает Священную Книгу, чтобы обнаружить ошибку ее авторов и воспользоваться случаем, чтобы очернить ее содержание. ... Действительно, между богословом и физиком никогда не может быть никакого реального разногласия, пока каждый ограничивается своими собственными линиями и оба осторожны, как предупреждает нас Св. Августин, «не делать опрометчивых утверждений, или утверждать то, что неизвестно, как известное». Если между ними возникнет разногласие, вот правило, также установленное Св. Августином для богослова: «Все, что они действительно могут доказать в отношении физической природы, мы должны показать, что способны примирить с нашими Писаниями; они утверждают в своих трактатах, что противоречит этим нашим Писаниям, то есть католической вере, мы должны либо доказать, насколько это возможно, как полную ложность, либо во всяком случае мы должны без малейшего колебания поверить в то, что это совершенно ложно. будь таким». Чтобы понять, насколько справедливо сформулированное здесь правило, мы должны помнить, во-первых, что священные писатели, или, точнее говоря, Святой Дух, «говоривший через них, не намеревался учить людей этому (т. е. сущность вещей видимой вселенной), вещи, никоим образом не полезные для спасения». Следовательно, они не стремились проникнуть в тайны природы, а скорее описывали и рассматривали вещи более или менее образным языком или в терминах, которые обычно использовались в то время и которые во многих случаях используются ежедневно в наши дни. даже самыми выдающимися деятелями науки. Обычная речь прежде всего и правильно описывает то, что подпадает под чувства; и примерно таким же образом священные писатели - как напоминает нам и Ангельский Доктор - "исходили из того, что разумно являлось", или излагали то, что Бог, говоря к людям, означал, так, как люди могли понимать и к чему привыкли.

- Самый предусмотрительный Бог 18

Морис Финоккьяро, автор книги о деле Галилея, отмечает, что этот «взгляд на соотношение между библейской интерпретацией и научным исследованием соответствует тому, который выдвинул Галилей в « Письме к великой княгине Кристине ». Папа Пий XII (1939–1958) повторил учение своего предшественника:

Первой и величайшей заботой Льва XIII было изложить учение об истинности Священных книг и защитить его от нападок. Поэтому с серьезными словами он провозгласил, что нет никакой ошибки, если священный писатель, говоря о вещах физического порядка, «исходил из того, что разумно казалось», как говорит Ангельский Доктор, говоря либо «образным языком, либо в терминах, которые были широко используемые в то время и которые во многих случаях используются ежедневно даже среди самых выдающихся деятелей науки». Ибо «священные писатели, или, точнее говоря, – это слова св. Августина, – Дух Святой, говоривший через них, не намеревался учить людей этим вещам – в этом состоит сущность вещей вселенной – вещей никоим образом не полезно для спасения»; этот принцип «будет применяться к родственным наукам, и особенно к истории», то есть путем опровержения «несколько аналогичным образом заблуждений противников и защиты исторической истины Священного Писания от их нападок».

- Божественным Духом , 3

В 1664 году папа Александр VII переиздал Index Librorum Prohibitorum ( Список запрещенных книг ) и приложил к нему различные указы, связанные с этими книгами, в том числе касающиеся гелиоцентризма. он заявил В папской булле , что его цель заключалась в том, чтобы «можно было обнародовать последовательность действий, сделанных с самого начала [ quo rei ab initio gestae series innotescat ]».

Позиция курии на протяжении веков медленно менялась в сторону разрешения гелиоцентрической точки зрения. В 1757 году, во время папства Бенедикта XIV, Конгрегация Индекса отозвала указ, запрещавший все книги, обучающие движению Земли, хотя «Диалог» и несколько других книг продолжали явно включаться. В 1820 году Конгрегация Святой Канцелярии с одобрения Папы постановила, что католическому астроному Джузеппе Сеттеле разрешено рассматривать движение Земли как установленный факт, и устранила все препятствия, которые католики могли придерживаться движения Земли:

Асессор Священной канцелярии передал просьбу Джузеппе Сеттеле, профессора оптики и астрономии Университета Ла Сапиенца, о разрешении опубликовать его работу «Элементы астрономии», в которой он поддерживает общее мнение астрономов нашего времени относительно ежедневного состояния Земли. и ежегодные предложения Его Святейшеству через Божественное Провидение Папе Пию VII. Ранее Его Святейшество передал эту просьбу на рассмотрение Высшей Священной Конгрегации и одновременно на рассмотрение Выдающегося и Высокопреосвященного Генерального Кардинала-Инквизитора. Его Святейшество постановил, что не существует никаких препятствий для тех, кто поддерживает утверждение Коперника о движении Земли в том виде, в каком оно утверждается сегодня, даже католическими авторами. Более того, он предложил внести в эту работу несколько примечаний, направленных на то, чтобы продемонстрировать, что вышеупомянутое утверждение [Коперника], как его стали понимать, не представляет никаких затруднений; трудности, существовавшие в прошлые времена, до последующих астрономических наблюдений, которые произошли сейчас. [Папа Пий VII] также рекомендовал, чтобы выполнение [этих решений] было поручено кардиналу-секретарю Верховной Священной Конгрегации и Мастеру Священного Апостольского дворца. Теперь ему поручено положить конец любым опасениям и критике по поводу печати этой книги и в то же время обеспечить, чтобы в будущем на публикацию таких работ запрашивалось разрешение у кардинала-викария, чей подпись не будет дана без разрешения Настоятеля его Приказа.

В 1822 году Конгрегация Святой Канцелярии сняла запрет на публикацию книг, в которых описывается движение Земли в соответствии с современной астрономией, и Папа Пий VII утвердил это решение:

Достопочтенные [кардиналы] постановили, что ни нынешние, ни будущие Мастера Священного Апостольского дворца не должны отказывать в разрешении печатать и публиковать произведения, в которых говорится о подвижности Земли и неподвижности Земли. Солнца, по общему мнению современных астрономов, пока нет других противоположных указаний, на основании постановлений Священной Конгрегации Индекса 1757 года и сего Верховного [Святая канцелярия] 1820 г.; и что те, кто проявит нежелание или непослушание, должны быть подвергнуты наказаниям по выбору [этой] Священной Конгрегации, с умалением [их] заявленных привилегий, где это необходимо.

В издании Католического списка запрещенных книг впервые исключен 1835 года «Диалог» из списка. В своей папской энциклике заявил, что «хотя Земля, на которой мы живем, возможно , 1921 года In praeclara summorum Папа Бенедикт XV и не является центром Вселенной, как когда-то считалось, она была сценой первоначального счастья нашей первой жизни». предки, свидетели их несчастного падения, а также искупления человечества через Страсти и Смерть Иисуса Христа». В 1965 году Второй Ватиканский Собор заявил: «Следовательно, мы не можем не сожалеть об определенных складах ума, которые иногда встречаются и среди христиан, которые недостаточно заботятся о законной независимости науки и которые своими аргументами и противоречиями вызывают , привели многие умы к выводу, что вера и наука противоположны друг другу». Сноска к этому заявлению адресована монсеньору. Пио Паскини, Vita e opere di Galileo Galilei , 2 тома, Vatican Press (1964). Папа Иоанн Павел II выразил сожаление по поводу обращения с Галилеем в своей речи перед Папской академией наук в 1992 году. Папа заявил, что инцидент основан на «трагическом взаимном непонимании». Далее он заявил:

Кардинал Пупар также напомнил нам, что приговор 1633 года не был необратимым и что дебаты, которые не прекратили развиваться и после этого, были завершены в 1820 году одобрением, данным работе каноника Сеттеле. ... Ошибка богословов того времени, когда они утверждали центральность Земли, заключалась в том, что они думали, что наше понимание устройства физического мира каким-то образом навязывалось буквальным смыслом Священного Писания. Вспомним знаменитое изречение, приписываемое Баронию: «Spiritui Sancto mentem fuisse nos docere quomodo ad coelum eatur, non quomodo coelum gradiatur». Фактически Библия не интересуется деталями физического мира, понимание которых зависит от человеческого опыта и рассуждений. Существуют две области знания: одна из них имеет источник в Откровении, а другая — которую разум может открыть своими собственными силами. К последним относятся особенно экспериментальные науки и философия. Различие между двумя сферами знания не следует понимать как противопоставление.

Ортодоксальный иудаизм

См. также: Небесный свод

Некоторые ортодоксальные еврейские лидеры придерживаются геоцентрической модели Вселенной, основанной на вышеупомянутых библейских стихах и интерпретации Маймонида о том, что он постановил, что вокруг Земли вращается Солнце. Любавичский Ребе также объяснил, что геоцентризм оправдан на основе теории относительности , которая устанавливает, что «когда два тела в пространстве движутся относительно друг друга,... наука с абсолютной уверенностью заявляет, что с научной точки зрения обе возможности одинаково действительны, а именно, что Земля вращается вокруг Солнца, или Солнце вращается вокруг Земли», хотя он также продолжал называть людей, которые верили в геоцентризм, «оставшимися в мире Коперника».

В «Зогаре» говорится: «Весь мир и те, что на нем, вращаются по кругу, как шар, как те, кто внизу шара, так и те, кто наверху. Все божьи создания, где бы они ни жили, на разных частях шара , выглядят по-разному (по цвету, по своим чертам), потому что воздух в каждом месте разный, но стоят они прямо, как и все прочие люди, поэтому есть места в мире, где, когда у одних свет, у других - тьма; у одних день, у других ночь».

Хотя геоцентризм важен в календарных расчетах Маймонида, подавляющее большинство еврейских богословов, которые признают божественность Библии и многие из ее постановлений как юридически обязательные, не верят, что Библия или Маймонид внушают веру в геоцентризм.

ислам

После переводческого движения, возглавляемого мутазилитами , которое включало перевод Альмагеста с латыни на арабский, мусульмане приняли и усовершенствовали геоцентрическую модель Птолемея , которая, по их мнению, коррелировала с учением ислама.

Яркие случаи современного геоцентризма очень изолированы. Очень немногие люди продвигали геоцентрический взгляд на Вселенную. Одним из них был Ахмед Раза Хан Барелви , суннитский ученый с Индийского субконтинента . Он отверг гелиоцентрическую модель и написал книгу это объясняет движение Солнца, Луны и других планет вокруг Земли.

Планеты

Многие планетарии могут переключаться между гелиоцентрической и геоцентрической моделями. В частности, геоцентрическая модель до сих пор используется для проектирования небесной сферы и лунных фаз в образовании. а иногда и для навигации.

См. также

• Аристотелевская физика
• Геоцентрическая, земно-фиксированная система координат
• История центра Вселенной
• Полая Земля § Вогнутые полые Земли
• Религиозная космология
• Сфера огня
• Вольфганг Смит , католический математик

Библиография

• Кроу, Майкл Дж. (1990). Теории мира от античности до революции Коперника . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN  0486261735 .
• Дрейер, JLE (1953). История астрономии от Фалеса до Кеплера . Нью-Йорк: Dover Publications.
• Эванс, Джеймс (1998). История и практика древней астрономии . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
• Грант, Эдвард (1 января 1984 г.). «В защиту централизации и неподвижности Земли: схоластическая реакция на коперниканство в семнадцатом веке». Труды Американского философского общества . Новая серия. 74 (4): 1–69. дои : 10.2307/1006444 . ISSN   0065-9746 . JSTOR   1006444 .
• Хит, Томас (1913). Аристарх Самосский . Оксфорд: Кларендон Пресс.
• Хойл, Фред (1973). Николай Коперник .
• Кестлер, Артур (1986) [1959]. Лунатики: история изменения взглядов человека на Вселенную . Книги о пингвинах. ISBN  014055212X . Перепечатка 1990 года: ISBN   0140192468 .
• Кун, Томас С. (1957). Коперниканская революция . Кембридж: Издательство Гарвардского университета. ISBN  0674171039 .
• Линтон, Кристофер М. (2004). От Евдокса до Эйнштейна — история математической астрономии . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  9780521827508 .
• Кадир, Асгар (1989). Относительность: Введение в специальную теорию . Сингапур Тинек, Нью-Джерси: World Scientific. ISBN  9971-5-0612-2 . OCLC   841809663 .
• Уокер, Кристофер, изд. (1996). Астрономия до телескопа . Лондон: Издательство Британского музея. ISBN  0714117463 .
• Райт, Дж. Эдвард (2000). Ранняя история неба . Издательство Оксфордского университета. Гугл Книги

Внешние ссылки

• Еще одна демонстрация сложности наблюдаемых орбит при предположении геоцентрической модели Солнечной системы.
• Геоцентрическая перспективная анимация Солнечной системы в 150 году нашей эры.
• Система астрономии Птолемея
• Проект Галилео – Система Птолемея