Кто разработал теорию движения планет вокруг солнца

Система мира Коперника

Гелиоцентрическая система мира — идея о том, что Солнце является центром мироздания и точкой, вокруг которой вращаются все планеты, в том числе и Земля. Данная система предполагает, что наша планета выполняет два вида движения: поступательное вокруг Солнца и вращательное вокруг своей оси. Положение самого же Солнца относительно других звезд считается неизменным.

Термин «гелиоцентризм» происходит от греческого слова «гелиос» (в переводе «Солнце»).

Cчитается, что впервые гелиоцентрическая система мира была изложена в III веке до н. э. Аристархом Самосским. Однако его идеи не приобрели широкого распространения в античности, где господствовала геоцентрическая теория.

В средние века гелиоцентризм почти не упоминался в научных трудах, кроме некоторых его идей, например, вращение Земли вокруг своей оси.

Научная революция Николая Коперника

Окончательно гелиоцентрическая система мира возродилась только в XVI веке, когда польский астроном Николай Коперник разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании принципа Пифагора о равномерных круговых движениях. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер», изданной в 1543 году.

Согласно его концепции смена дня и ночи, а также движение Солнца по небу объясняются вращением Земли вокруг своей оси. Точно также, при помощи движения Земли вокруг Солнца, объясняется движение нашего светила по небосводу в течение всего года.

Коперник объяснил следующие феномены:

• В результате перемещения Земли, которая поочередно, то приближается, то отдаляется от любой из планет нашей системы, эти планеты совершают т.н. попятное движение. То есть спустя какой-то отрезок времени они начинают перемещаться в обратную сторону от направления движения Солнца.
• Предварение равноденствий. На протяжении 18-ти веков ученые искали причины такого эффекта как предварение равноденствий, согласно которому с каждым годом весеннее равноденствие наступает несколько раньше. В своих трудах Николай Коперник смог описать данный эффект как следствие периодического смещения земной оси.
• Гелиоцентрическая система могла объяснить изменение блеска и размеров планет Солнечной системы, а также дать более точную оценку размеров планет и расстояний до них.

Гелиоцентрическая система Коперника может быть сформулирована в следующих утверждениях:

• 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), обращается 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.

Тем не менее, теория Коперника не может быть названа гелиоцентрической в полной мере, поскольку Земля в ней отчасти сохраняла особый статус:

• центром планетной системы было не Солнце, а центр земной орбиты;
• из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась.

По всей видимости, у Коперника сохранялась вера в существование небесных сфер, несущих на себе планеты. Таким образом, движение планет вокруг Солнца объяснялось вращением этих сфер вокруг своих осей.

Точность и простота новой системы

Система, предложенная Николаем Коперником, была точнее и проще системы Птолемея. Она сразу же получила широкое практическое применение. На основе данной системы были составлены «Прусские таблицы«, длина тропического года была рассчитана более точно.

В 1582 году была проведена долгожданная реформа календаря – появился новый стиль, григорианский.

Меньшая сложность новой теории, а также получавшаяся в первое время большая точность расчета положений планет на основе гелиоцентрических таблиц отнюдь не являются основными достоинствами системы Коперника.

Более того, при расчетах его теория оказалась лишь незначительно проще птолемеевской. Что касается точности вычислений положений планет, она практически от нее не отличалась, если необходимо было рассчитать изменения, наблюдаемые в длительном промежутке времени. В первое время «Прусские таблицы» давали несколько большую точность.

Это объяснялось, однако, не просто введением гелиоцентрического принципа. Дело в том, что Коперник пользовался более совершенным математическим аппаратом для своих вычислений.

Однако и «Прусские таблицы» в скором времени также разошлись с данными, полученными в ходе наблюдений.

Восторженное отношение к предложенной Коперником теории постепенно сменилось разочарованием в ней у тех, кто ожидал получить немедленный практический эффект. Более полувека, с момента возникновения системы Коперника и до открытия Галилеем фаз Венеры в 1616 году, не было прямых подтверждений того, что планеты движутся вокруг Солнца. Таким образом, истинность новой системы не была подтверждена наблюдениями.

Оценка теории Коперника современниками

Его ближайшими сторонниками первых трёх десятилетий после опубликования книги «О вращениях небесных сфер» был немецкий астроном Георг Иоахим Ретик, одно время сотрудничавший с Коперником, считавший себя его учеником, а также астроном и геодезист Гемма Фризий. Сторонником Коперника был и его друг, епископ Тидеман Гизе.

Книга «Об обращении небесных сфер» Коперник

Но большинство современников из теории Коперника «вырвали» только математический аппарат для астрономических вычислений и практически полное игнорирование его новой, гелиоцентрической космологии. Это произошло, возможно, потому, что предисловие для его книги писал лютеранский богослов, и в предисловии было сказано, что движение Земли является остроумным вычислительным приёмом, но понимать Коперника буквально не следует.

Многие в XVI веке так и считали, что это мнение самого Коперника. И только в 70-е — 90-е годы XVI в. астрономы стали проявлять интерес к новой системе мира. У Коперника появились как сторонники (в том числе философ Джордано Бруно; богослов Диего де Цунига, который использует представление о движении Земли для интерпретации некоторых слов Библии), так и оппоненты (астрономы Тихо Браге и Христофор Клавий, философ Фрэнсис Бэкон).

Противники системы Коперника утверждали, что если бы Земля вращалась вокруг своей оси, то:

1. Земля испытывала бы колоссальные центробежные силы, которые неминуемо разорвали бы её на части.
2. Все находящиеся на её поверхности лёгкие предметы разлетелись бы во все стороны Космоса.
3. Любой брошенный предмет отклонялся бы в сторону запада, а облака плыли бы, вместе с Солнцем, с востока на запад.
4. Небесные тела движутся, потому что они состоят из невесомой тонкой материи, но какая сила может заставить двигаться огромную тяжёлую Землю?

Отношение церкви

Католическая церковь вначале не придала большого значения учению, предложенному Коперником. Но, когда выяснилось, что оно подрывает основы религии, его сторонники начали подвергаться преследованию.

За распространение учения Коперника в 1600 году был сожжен на костре Джордано Бруно, итальянский мыслитель.

Сожжение Джордано Бруно

Научный спор между сторонниками Птолемея и Коперника превратился в борьбу между реакционными и прогрессивными силами. В конце концов победили последние.

Значение

В глобальном смысле теория Коперника определила появление новой методики познания природы, основанной на научном подходе.

Согласно схоластической традиции, которой придерживались его предшественники, для того чтобы познать сущность того или иного объекта, не нужно детально изучать его внешнюю сторону, а можно постичь его непосредственно разумом.

В отличие от них, Коперник показал, что ее можно понять лишь после тщательного изучения рассматриваемого явления, его противоречий и закономерностей. Гелиоцентрическая система мира Н. Коперника стала мощным толчком в развитии науки.

С научной точки зрения, 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.

Эта теория открыла дорогу звёздной астрономии, когда было доказано, что звёзды — это далёкие солнца) и космологии бесконечной Вселенной. Далее гелиоцентрическая система мира все более утверждалась — основное содержание научной революции XVII века состояло в утверждении гелиоцентризма.

Видео

Источник

Кто открыл законы движения планет?

«Законы Кеплера» – это словосочетание знакомо всем, кто увлекается астрономией. Кто же этот человек? Связь и взаимозависимость какой объективной действительности он описал? Астроном, математик, богослов, философ, умнейший человек своего времени Иоганн Кеплер (1571-1630) открыл законы движения планет солнечной системы.

Начало пути

Иоганн Кеплер, уроженец города Вайль дер Штадт (Германия), пришел в этот мир в декабре 1571 года. Слабенький, с плохим зрением ребенок преодолел все, чтобы победить в этой жизни. Учеба мальчика началась в Леонберге, куда переселилась семья. Позже он перешел в заведение повышенного типа – латинскую школу, чтобы изучить основы языка, который намеревался использовать в будущих публикациях.

В 1589 году окончил школу при монастыре Маульбронн в местечке Adelburg. В 1591 году поступил в университет в Тюбингене. Эффективная образовательная система была создана герцогами на волне введения лютеранства. С помощью грантов и стипендий для бедных власти пытались обеспечить университеты абитуриентами, из которых можно было воспитать хорошо образованных священнослужителей, способных защищать новую веру во времена бушующих религиозных споров.

В период пребывания в учебном заведении Кеплер попал под влияние профессора астрономии Михаэля Мёстлина. Последний тайно разделял взгляды Коперника касательно идеи гелиоцентрической (Солнце в центре) Вселенной, хотя обучал студентов «по Птолемею» (Земля в центре). Глубокое знание идей польского ученого вызвало у Кеплера большой интерес к астрономии. Так у теории Коперника появился еще один сторонник, стремившийся лично постичь законы движения планет вокруг Солнца.

Солнечная система – произведение искусства

Как ни странно, тот, кто впоследствии открыл законы движения планет, не относил себя к астрономам по призванию. На протяжении всей жизни Кеплер считал, что Солнечная система – произведение искусства, переполненное мистическими явлениями, мечтал стать священником. Свой интерес к теории Коперника астроном объяснял тем, что прежде чем делать выводы из собственных исследований, он должен изучить разные мнения.

Тем не менее преподаватели университета говорили о Кеплере, как о студенте, обладающем превосходным умом. В 1591 году, получив степень магистра, ученый продолжил свои исследования в области теологии. Когда они были близки к завершению, стало известно, что в лютеранской школе в Граце умер профессор математики. Тюбингенский университет рекомендовал взять на эту должность талантливого во всех отношениях выпускника. Так что же, прощайте законы движения планет?

Во имя Бога

22-летний Иоганн неохотно отказался от своего первоначального призвания быть священником, но все-таки приступил к обязанностям преподавателя математики в Граце. Во время чтения лекций в своем классе начинающий учитель изображал на доске некие геометрические фигуры с участием концентрических кругов и треугольников. И вдруг его озарила мысль, что подобные фигуры отображают определенное фиксированное соотношение между размерами двух окружностей, при условии, что треугольник равносторонний. А какое соотношение размеров на площади между двумя кругами? Мыслительный процесс набирал обороты.

Через год необычный богослов опубликовал свою первую работу «Тайна мироздания»(1596). В ней он изложил свои творческие взгляды на секреты Вселенной, подкрепленные религиозными убеждениями.

Тот, кто открыл законы движения планет, сделал это во имя Бога. Раскрывая математический план Вселенной, исследователь пришел к выводу: шесть планет заключены в сферы, между которыми вписываются пять правильных многогранников. Конечно, версия основывалась на том «факте», что существует только 6 небесных тел. Вокруг орбиты Земли Кеплер очертил идеальный додекаэдр и сферу, касающуюся орбиты Марса.

Совершенные многогранники

Вокруг области Марса ученый изобразил тетраэдр и сферу, сопредельную орбите Юпитера. В икосаэдр в орбитальной сфере Земли отлично «вписалась» сфера Венеры. С использованием оставшихся видов совершенных многогранников это же было проделано с остальными. Поразительно, но соотношения соседних планетарных орбит, представленные в гнездовой модели сфер Кеплера, совпало с расчетами Коперника.

Открывая законы движения планет, священник с математическим умом опирался в первую очередь на божественное вдохновение. У него не было никакой реальной основы для аргументов. Значение трактата «Тайны мироздания» заключается в том, что это был первый решительный шаг на пути признания гелиоцентрической системы мира, изложенной Коперником.

Предположения против высокой точности

В сентябре 1598 года протестанты в Граце, в том числе Кеплер, были вытеснены из города католическими правителями. Хотя Иоганну разрешили вернуться, положение оставалось очень напряженным. В поисках поддержки он обратился к Тихо Браге – математику и астроному при дворе императора Рудольфа II. Ученый был известен своей впечатляющей коллекцией планетарных наблюдений.

Он знал о труде «Тайна мироздания». Но когда в 1600 году его создатель прибыл в обсерваторию Тихо, расположенную за пределами города Праги, Браге, занимавшийся высокоточными (по тем временам) исследованиями, приветствовал его как автора конкретной работы, но не как своего коллегу. Противостояние между ними продолжалось до самой смерти датского астролога, которая произошла через год. После ухода соперника в мир иной Кеплеру доверили охранять сокровищницу его наблюдений. Они очень помогли исследователю стать тем, кто открыл законы движения планет вокруг Солнца.

Путь Марса

Последние исследования Браге по созданию таблицы движения планет не были завершены. Все надежды возлагались на преемника. Он был назначен имперским математиком. Несмотря на напряженные отношения с почившим коллегой, Кеплер был волен преследовать свои собственные интересы в астрономии. Он решил продолжить его наблюдения Марса и описать собственное видение орбиты этой планеты.

Иоганн был уверен: открыв сложный марсианский путь, можно раскрыть пути движения всех других «странников Вселенной». Вопреки распространенному мнению, он не просто использовал наблюдения Браге, чтобы выбрать геометрическую фигуру, которая соответствует описанию. Вчерашний теолог направил усилия на открытие физической теории движения «сестриц, живущих в безвоздушном пространстве», из которого можно вывести их орбиты. После титанической исследовательской работы появились три закона движения планет.

Первый закон

I. Орбиты планет представляют собой эллипсы с Солнцем в одном из фокусов.

Закон движения планет в солнечной системе установил, что планеты движутся по эллипсу. Он появился после восьми лет расчетов с использованием базы, составленной Тихо Браге на основании наблюдений планетарного движения Звезды Марс. Свой труд Иоганн назвал «Новая астрономия».

Итак, согласно первому Закону Кеплера, любой эллипс имеет две геометрические точки, называемые фокусами (фокус в единственном числе). Общее расстояние от планеты к каждому из очагов суммируется всегда одинаково, независимо от того, где планета находится на пути своего движения. Важность открытия в том, что предположение, что орбиты не являются идеальными кругами (как в геоцентрической теории) приблизило людей к более точному и четкому пониманию картины мира.

Второй закон

II. Линия, соединяющая планету с Солнцем (радиус-вектор) преодолевает равновеликие площади в равные промежутки времени, в то время когда планета движется вокруг эллипса.

То есть в любой промежуток времени, к примеру, через 30 дней, планета преодолевает ту же площадь, независимо от того, какой период вы выбираете. Она движется быстрее во время приближения к Солнцу и медленнее при удалении, но идет с постоянно меняющейся скоростью, когда движется вокруг своей орбиты. Самое «шустрое» движение наблюдается в перигелии (ближайшая к Солнцу точка) и самое «степенное» –в афелии (самая удаленная от Солнца точка). Так рассудил тот, кто открыл законы движения планет.

Третий закон

III. Квадрат общего периода времени обращения по орбите (Т) пропорционален кубу среднего расстояния от планеты до Солнца (R).

Этот принцип иногда называют законом гармонии. Он сравнивает орбитальный период времени и радиус орбиты планет. Суть открытия Кеплера заключена в следующем: отношение квадратов периодов движения и кубов средних расстояний от Солнца является одинаковым для каждой планеты.

Повторим, законы движения планет Кеплера были основаны на продолжительных серьезных наблюдениях и математически обработаны. Отображая закономерности, они не выявляли обусловленности явлений. Позже знаменитый первооткрыватель закона Всемирного тяготения Ньютон доказал, что отгадка крылась в физическом свойстве тел притягиваться друг к другу.

Тень моего тела здесь

Несмотря на свой успех, Кеплер постоянно страдал от финансовых неприятностей, нехватки времени на исследования, переездов в поисках мест, где терпимо относятся к его религиозным убеждениям. Несколько раз он пытался получить должность преподавателя в Тюбингене, но был воспринят как изменник, протестант и получил отказ.

Иоганн Кеплер умер 15 ноября 1630 года от приступа острой лихорадки. Похоронен на протестантском кладбище. В эпитафии его законный сын написал: «Я использовал для измерения небеса. Теперь я должен измерять тени Земли. Несмотря на то что душа моя на небе, тень моего тела лежит здесь».

Да, изначально в духе средневековых понятий ученый считал, что планеты двигаются потому, что у них есть души, это живая магия, а не просто комочки материи. Позже он понял, что научный подход более оправдан. Что же, священник и астроном, открывший законы движения планет, честно прошел путь прозрения. Но признаемся сами себе: иногда кажется, что в насквозь научной Вселенной так много мистики!

Источник