1. Starożytne kultury obserwowały niebo
Nocne niebo jest naturalnie ciemne i w czasach starożytnych nie było zanieczyszczenia światłem. Więc jeśli pozwala na to pogoda, możesz łatwo zobaczyć wiele gwiazd. Nie trzeba mówić o Słońcu i Księżycu.
Starożytni ludzie mieli dobre powody, by studiować nocne niebo. W wielu kulturach i cywilizacjach gwiazdy (a także Słońce i Księżyc) były postrzegane jako mające religijne, legendarne, uprzedzające lub magiczne znaczenie (astrologia), więc wiele osób było nimi zainteresowanych. Nie trzeba było długo czekać na kogoś (w rzeczywistości wielu różnych ludzi niezależnie w wielu częściach świata), aby zobaczyć przydatne wzory w gwiazdach, które byłyby przydatne do nawigacji, lokalizacji, liczenia godzin, liczenia dni i powiązania dni z porami roku itp. I oczywiście te wzory w gwiazdach były również związane ze Słońcem i Księżycem.
Tak więc z pewnością wszystkie starożytne kultury miały ludzi, którzy poświęcili wiele nocy swojego życia na szczegółowe badanie gwiazd już od epoki kamienia łupanego. Dostrzegliby także meteoryty (spadające gwiazdy) i zaćmienia. A czasami bardzo rzadka i niezwykła kometa.
Następnie są planety Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn. Łatwo zauważyć, że różnią się od gwiazd, ponieważ wszystkie gwiazdy wydają się być unieruchomione w sferze niebieskiej, ale planety nie. Z łatwością zauważają, że wędrują po niebie wraz z upływem dni, szczególnie dla Wenus, która jest najjaśniejszą „gwiazdą” na niebie i jest także groźnym wędrowcem. Biorąc to wszystko pod uwagę, starożytni ludzie z pewnością zdają sobie sprawę z tych pięciu planet.
O Merkurym początkowo Grecy sądzili, że Merkury to dwa ciała, jedno, które pojawiło się dopiero rano kilka godzin przed wschodem słońca, a drugie zaledwie kilka godzin po zachodzie słońca. Wkrótce jednak zorientowali się, że w rzeczywistości było to tylko jedno ciało, ponieważ jedno lub drugie (lub żadne) można było zobaczyć w danym dniu, a obliczona pozycja niewidzialnego ciała zawsze pasowała do pozycji widzialnego ciała.
2. Ziemia wydaje się okrągła
Teraz, już w epoce kamienia łupanego, już w czasach starożytnych nawigatorzy i kupcy, którzy podróżowali na duże odległości, zauważyli, że wschodzące i zachodzące Słońce mogą się zmieniać nie tylko ze względu na sezonowość, ale również w zależności od lokalizacji. Również odległość od gwiazdy polarnej do linii horyzontu zmienia się odpowiednio do położenia. Fakt ten wskazuje na istnienie koncepcji znanej obecnie jako szerokość geograficzna, co zostało dostrzeżone przez starożytnych astronomów w takich miejscach jak Grecja, Egipt, Mezopotamia i Chiny.
Astronomowie i ludzie uzależnieni od astronomii (np. Nawigatorzy) zastanawiają się, dlaczego odległość od gwiazdy polarnej do horyzontu jest różna, a jedną z możliwości jest to, że Ziemia byłaby okrągła. Ponadto rejestrowanie różnych kątów Słońca w różnych lokalizacjach świata w tym samym dniu i o tej samej godzinie daje również wskazówkę, że Ziemia jest okrągła. Cień na Księżycu podczas zaćmienia Księżyca daje również wskazówkę, że Ziemia jest okrągła. Jednak samo to nie jest dowodem na to, że Ziemia jest okrągła, więc większość ludzi postawiłaby na inną prostszą rzecz lub po prostu nie przejmowałaby się tym zjawiskiem.
Większość kultur w starożytności zakładała, że świat jest płaski. Jednak idea okrągłego świata istnieje od starożytnej Grecji. W przeciwieństwie do popularnego współczesnego nieporozumienia, w średniowieczu prawie żadna wykształcona osoba na świecie zachodnim nie myślała, że świat jest płaski .
O wielkości Ziemi, obserwując różne pozycje Słońca i kąty cieni w różnych częściach świata, Erasthotenes w starożytnej Grecji poprawnie obliczył rozmiar Ziemi i odległość między Ziemią a Słońcem po raz pierwszy już w trzecim wieku przed naszą erą Jednak ze względu na zamieszanie wokół wszystkich różnych i niespójnych miar jednostek oraz trudność w dokładnym oszacowaniu długich odległości lądu i morza, zamieszanie i niedokładność utrzymywały się do czasów współczesnych.
Starożytne kultury odkryły również, że świecąca część Księżyca została oświetlona przez Słońce. Ponieważ Księżyc w pełni można łatwo zobaczyć nawet o północy, oznacza to, że Ziemia nie jest nieskończona. Fakt, że Księżyc wchodzi w zaokrąglony cień, gdy znajduje się dokładnie po przeciwnej stronie nieba, tak jak Słońce, oznacza również, że jest to cień Ziemi na Księżycu. Oznacza to również, że Ziemia jest znacznie większa niż Księżyc.
3. Geocentryzm
Ludzie obserwowali Słońce, Księżyc, Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza, Saturna i nieruchomą kulę gwiazd obracających się wokół nieba. Naturalnie myśleli, że Ziemia będzie centrum wszechświata i że wszystkie te ciała będą krążyć wokół Ziemi. Kulminacją tego była praca filozofa Klaudiusza Ptolemaeusa na temat geocentryzmu .
Chociaż wiemy już, że ptolomiczny model geocentryczny jest zasadniczo błędny, można go wykorzystać do obliczenia położenia planet, Słońca, Księżyca i sfery niebieskiej gwiazd, z dość akceptowalną wówczas precyzją. Uwzględniono obserwację zmian prędkości planet, ruchy wsteczne, a także sprzężenie Merkurego i Wenus ze Słońcem, aby nigdy nie odeszli od niego bardzo daleko. Ponadto, w oparciu o prędkość ruchu tych ciał na niebie, wszechświat powinien być podobny do:
- Ziemia w centrum.
- Księżyc krążący wokół Ziemi.
- Rtęć krążąca wokół Ziemi dalej niż Księżyc.
- Wenus krążąca wokół Ziemi dalej niż Merkury.
- Słońce krążące wokół Ziemi dalej niż Wenus.
- Mars krążący wokół Ziemi dalej niż Słońce.
- Jowisz krążący wokół Ziemi dalej niż Mars.
- Saturn krążący wokół Ziemi dalej niż Jowisz.
- Niebieska kula gwiazd wirująca wokół Ziemi, będąca najbardziej zewnętrzną kulą.
W rzeczywistości model ptolomaiczny jest modelem bardzo skomplikowanym, znacznie bardziej skomplikowanym niż modele kopernikowskie, keplerowskie i newtonowskie. W szczególności można to porównać do oprogramowania opartego na poważnych błędnych koncepcjach, ale wciąż działającego z powodu wielu skomplikowanych, splątanych i niewytłumaczalnych włamań i kludges, które są po to, aby sprawić, by działało.
4. Odkrycie Ameryki
Marco Polo w ostatnich latach 1200-tych był pierwszym Europejczykiem, który podróżował do Chin iz powrotem, pozostawiając szczegółową kronikę swoich doświadczeń. Mógł więc przekazać Europejczykom dużą wiedzę na temat tego, co istniało w Azji Środkowej, wschodniej Azji, Indiach, Chinach, Mongolii, a nawet Japonii. Przed Marco Polo Europejczycy niewiele wiedzieli o tym, co tam istniało. To bardzo zainspirowało europejskich kartografów, filozofów, polityków i nawigatorów w nadchodzących latach.
Portugalia i Hiszpania toczą trwającą od wieków wojnę przeciwko inwazyjnym Maurom na Półwyspie Iberyjskim . Maurowie zostali ostatecznie wydaleni w 1492 roku. Oba państwa szukały czegoś pożytecznego po tylu latach wojny. Odkąd Portugalia zakończyła swoją część wojny jako pierwsza, miała szybki start i zaczęła eksplorować morza. Zarówno Portugalia, jak i Hiszpania próbowały znaleźć trasę nawigacyjną, która doprowadziłaby do Indii i Chin w celu wymiany wysoce dochodowych przypraw i jedwabiu. Grunty te nie mogły być już skutecznie sprzedawane ze względu na fakt, że ziemie w Azji Zachodniej i Afryce Północnej były zdominowane przez kultury muzułmańskie nieprzyjazne chrześcijańskim Europejczykom, co pogorszyło się po upadku Konstantynopola w 1453 r.
Portugalia kolonizowała atlantyckie granice Afryki i ostatecznie udało im się dotrzeć do Przylądka Dobrej Nadziei w 1488 r. (Wraz z Bartolomeu Diasem ).
Nawigator z Genovese, Cristoforo Colombo, wierzył, że jeśli popłynie na zachód z Europy, w końcu dotrze do Indii od strony wschodniej. Zainspirowany Marco Polo i niedoszacujący wielkości Ziemi oszacował, że odległość między Wyspami Kanaryjskimi a Japonią wynosi 3700 km (w rzeczywistości jest to 12500 km). Większość nawigatorów nie wybrałaby się w taką podróż, ponieważ (słusznie) uważali, że Ziemia jest większa.
Kolombo próbował przekonać króla Portugalii, aby sfinansował swoją podróż w 1485 roku, ale po przedstawieniu propozycji ekspertom król odrzucił ją, ponieważ szacowana odległość podróży była zbyt niska. Hiszpania jednak, po ostatecznym wydaleniu Maurów w 1492 r., Był przez niego przekonany. Pomysł Colombo był zbyt naciągany, ale po stuleciach wojen z muzułmanami, jeśli to zadziała, Hiszpania może szybko zyskać. Hiszpański król zaakceptował ten pomysł. Zaledwie kilka miesięcy po wydaleniu Maurów, Hiszpania wysłała Kolombo, aby popłynął na zachód w kierunku Atlantyku, a następnie dotarł na wyspę Hispaniola w Ameryce Środkowej. Po powrocie wiadomość o odkryciu ziem po drugiej stronie Atlantyku szybko się rozniosła.
Portugalia i Hiszpania podzieliły świat na mocy traktatu z Tordesillas w 1494 r. W 1497 r. Amerigo Vespucci dotarł do Ameryki Północnej.
Portugalia nie pozostanie w tyle, udało im się żeglować po Afryce, aby dotrzeć do Indii w 1498 (z Vasco da Gama ). I wysłali Pedro Álvaresa Cabrala , który dotarł do Brazylii w 1500 roku, zanim przepłynął Atlantyk z powrotem, aby udać się do Indii.
Następnie Portugalia i Hiszpania szybko zaczęły eksplorować obie Ameryki i ostatecznie je skolonizować. Jakiś czas później Francja, Anglia i Holandia również przybyły do Ameryki.
5. Ziemia jest okrągła
Potem Hiszpanie odkryli i osiedlili się w obu Amerykach (a plan Colombo w rzeczywistości nie zadziałał). Pytanie, czy można było żeglować po całym świecie, aby dotrzeć do Indii od strony wschodniej, pozostało otwarte i Hiszpanie nadal byli tym zainteresowani. W końcu odkryli Ocean Spokojny po przekroczeniu Panamy Ishtums drogą lądową w 1513 roku.
Chcąc znaleźć morską trasę dookoła świata, hiszpańska korona sfinansowała wyprawę prowadzoną przez portugalską Fernão de Magalhães (lub Magellana, gdy jego imię przetłumaczono na angielski), aby spróbować okrążyć glob. Magellan był doświadczonym nawigatorem i wcześniej dotarł do dzisiejszej Malezji podróżując przez Ocean Indyjski. Wyjechali z Hiszpanii 20 września 1519 roku. Była to długa i choć podróż, która kosztowała życie większości załogi. Sam Magellan nie przeżył, ponieważ zginął w bitwie na Filipinach w 1521 r. Przynajmniej żył wystarczająco długo, aby mieć świadomość, że w rzeczywistości dotarli do Azji Wschodniej, podróżując po całym świecie na zachód, co również dowodzi, że Ziemia jest okrągła .
Podróż została ostatecznie zakończona przez kierownika Juana Sebatiána Elcano , jednego z członków załogi Magellana. Do Hiszpanii dotarli z powrotem przez Oceany Indyjskie i Atlantyckie 6 września 1522 r., Podróżując przez prawie trzy lata na odległość 81449 km.
6. Heliocentryzm
W czasach starożytnych istniały teorie heliocentryczne lub hybrydowe geoheliocentryczne. W szczególności przez greckiego filozofa Filolausza w V wieku pne Autor: Martianus Capella z lat 410–420. Autor: Arystarch z Samos około 370 rpne. Modele te próbowały wyjaśnić ruch gwiazd jako rotację Ziemi i pozycję planet, zwłaszcza Merkurego i Wenus jako translację wokół Słońca. Jednak te wczesne modele były zbyt nieprecyzyjne i wadliwe, aby działały odpowiednio, a model ptolomowy wciąż był modelem z lepszym przewidywaniem pozycji ciał niebieskich.
Pomysł, że Ziemia się obraca, był znacznie mniej rewolucyjny niż heliocentryzm, ale był już mniej lub bardziej akceptowany z niechęcią w średniowieczu . Dzieje się tak, ponieważ gdyby gwiazdy obracały się wokół Ziemi, musiałyby to robić z zadziwiającą prędkością, ciągnąc za sobą Słońce, Księżyc i planety, więc byłoby łatwiej, gdyby Ziemia się obracała. Ludzie czuli się niekomfortowo z tym pomysłem, ale nadal go akceptowali, i stało się to łatwiejsze do zaakceptowania po tym, jak sferyczność Ziemi była ustaloną koncepcją.
W pierwszych latach XVI wieku, kiedy Portugalczycy i Hiszpanie żeglowali po całym świecie, polski i bardzo wykwalifikowany matematyk i astronom o imieniu Nikolaus Kopernikuskilka lat trwało myślenie o mechanice ciał niebieskich. Po kilku latach wykonywania obliczeń i obserwacji stworzył model okrągłych orbit planet wokół Słońca i zauważył, że jego model był znacznie prostszy niż ptolomaiczny model geocentryczny i był co najmniej tak dokładny. Jego model ma także obracającą się Ziemię i nieruchome gwiazdy. Co więcej, jego model sugerował, że Słońce było znacznie większe niż Ziemia, coś, co było w tamtym czasie mocno podejrzane ze względu na obliczenia i pomiary, a także sugerował, że Jowisz i Saturn były kilka razy większe niż Ziemia, więc Ziemia ostatecznie byłaby planetą tak jak pozostałe pięć znanych wówczas planet. Można to uznać za zapożyczenie modelu znanego dzisiaj jako Układ Słoneczny.
W obawie przed prześladowaniami i surową krytyką unikał publikacji wielu swoich prac, wysyłając manuskrypty tylko do swoich najbliższych znajomych, jednak ostatecznie jego prace wyciekły i był przekonany, że i tak pozwoli na ich pełną publikację. Legenda mówi, że został przedstawiony jego ostatecznie w pełni opublikowanej pracy w dniu, w którym zmarł w 1543 roku, aby mógł umrzeć w spokoju.
W połowie XVI wieku toczyła się gorąca debata między zwolennikami i przeciwnikami heliocentrycznej teorii Kopernika. Jednym z argumentów za opozycją było to, że nie można było zaobserwować paralaksy gwiazd, co sugerowało, że albo model heliocentryczny był błędny, albo że gwiazdy znajdowały się bardzo daleko, a wiele z nich byłoby nawet większych niż Słońce, co wydawało się szalonym pomysłem wtedy.
Tycho Brache , który nie zaakceptował heliocentryzmu, w ostatnich latach 1500 roku próbował ocalić geocentryzm za pomocą hybrydowego modelu geo-heliocentrycznego, który przedstawiał pięć planet niebieskich krążących wokół Słońca, podczas gdy Słońce i Księżyc krążyły wokół Ziemi. Opublikował jednak teorię, która lepiej przewidywała pozycję Księżyca. Do tego czasu obserwacje niektórych supernowych wykazały, że sfera niebieska gwiazd nie była niezmienna.
W 1600 roku astronom William Gilbert przedstawił silny argument za obrotem Ziemi, badając magnesy i kompasy, mógł wykazać, że Ziemia jest magnetyczna, co można wyjaśnić obecnością ogromnych ilości żelaza w jej rdzeniu.
7. Z teleskopami
Wszystko, co napisałem powyżej, wydarzyło się bez teleskopów, tylko przy użyciu obserwacji i pomiarów gołym okiem na całym świecie. Teraz dodaj nawet małe teleskopy i wszystko szybko się zmieni.
Pierwsze teleskopy zostały wynalezione w 1608 roku . W 1609 roku astronom Galieu Galilei usłyszał o tym i zbudował swój własny teleskop. W styczniu 1610 r. Galieu Galilei za pomocą małego teleskopu obserwował cztery małe ciała krążące wokół Jowisza w różnych odległościach, stwierdzając, że były to „księżyce” Jowisza, mógł także przewidzieć i obliczyć jego pozycje wzdłuż ich orbit. Kilka miesięcy później zauważył również, że Wenus ma fazy widoczne z Ziemi. Obserwował również pierścienie Saturna, ale jego teleskop nie był wystarczająco silny, aby rozdzielić je na pierścienie, i pomyślał, że były to dwa księżyce. Obserwacje te były niezgodne z modelem geocentrycznym.
Współczesny Galilei, Johannes Kepler , pracując nad heliocentrycznym modelem Kopernika i wykonując wiele obliczeń, w celu wyjaśnienia różnych prędkości orbit, stworzył model heliocentryczny, w którym planety krążą wokół Słońca po orbitach eliptycznych, z jednym z elips słońce. Jego prace zostały opublikowane w 1609 i 1619. Zasugerował również, że przypływy spowodowane są ruchem Księżyca, choć Galilei był do tego sceptyczny. Jego prawa przewidywały tranzyt Merkurego w 1631 r. I Wenus w 1639 r., A taki tranzyt był faktycznie przestrzegany. Jednak przewidywanego tranzytu Wenus w 1631 r. Nie można było zobaczyć ze względu na nieprecyzyjność obliczeń i fakt, że nie był on widoczny w dużej części Europy.
W 1650 roku zaobserwowano pierwszą podwójną gwiazdę . W 1600 r. Pierścienie Saturna zostały rozwiązane za pomocą lepszych teleskopów Roberta Hooke'a , który również zaobserwował podwójną gwiazdę w 1664 r. I opracował mikroskopy do obserwacji struktur komórkowych. Od nich odkryto, że wiele gwiazd jest podwójnych. W 1655 r. Odkryto Tytana krążącego wokół Saturna, co zwiększa zaufanie do modelu heliocentrycznego. Więcej czterech księżyców Saturna odkryto między 1671 a 1684 rokiem.
8. Grawitacja
Heliocentryzm był dość dobrze akceptowany w połowie 1600 roku, ale ludzie nie czuli się z tym komfortowo. Dlaczego planety krążą wokół Słońca mimo wszystko? Dlaczego Księżyc krąży wokół Ziemi? Dlaczego Jowisz i Saturn mieli księżyce? Chociaż mechanicy Keplera potrafili przewidzieć ich ruch, wciąż nie było jasne, jaki był powód ich ruchu.
W 1687 r. Izaak Newton, który był jednym z najbardziej błyskotliwych fizyków i matematyków, jakie kiedykolwiek żyli (chociaż był również nieugiętym prześladowcą swoich przeciwników), przedstawił teorię grawitacji (na podstawie wcześniejszej pracy Roberta Hooke). Pomysły na teorię grawitacji i odwrotne prawo kwadratowe zostały już opracowane w latach 70. XVI wieku, ale mógł opublikować bardzo prostą i jasną teorię grawitacji, bardzo dobrze ugruntowaną w fizyce i matematyce, która wyjaśniała ruchy ciał niebieskich wielkim precyzja, w tym komety. Wyjaśnił również, dlaczego planety, Księżyc i Słońce są kuliste, wyjaśnił pływy, a także wyjaśnił, dlaczego rzeczy spadają na ziemię. To spowodowało, że heliocentryzm był zdecydowanie powszechnie akceptowany.
Ponadto prawo grawitacyjne Newtona przewidywało, że obrót Ziemi sprawiłby, że nie byłby on dokładnie kulisty, ale nieco elipsoidalny o współczynnik 1: 230. Coś, co zgadzało się ze środkami wykonanymi za pomocą wahadła w 1673 r.
9. Czym są gwiazdy i Układ Słoneczny?
Na początku 1700 roku Edmund Halley , już wiedząc o prawach newtonowskich (był rówieśnikiem Newtona), zauważył, że komety, które przeszły w pobliżu Ziemi, ostatecznie powrócą, i stwierdził, że co 76 lat obserwowano szczególny przypadek obserwacji, więc mógł zauważcie, że te komety w rzeczywistości były tą samą kometą, która nazywa się po nim.
Jedynym pozostałym problemem z modelem heliocentrycznym był brak obserwacji paralaksy względem gwiazd. I nikt nie wiedział na pewno, jakie są gwiazdy. Jeśli jednak są to bardzo odległe ciała, większość z nich byłaby znacznie większa niż Słońce. W pierwszej połowie XVII wieku, próbując zaobserwować paralaksę, James Bradley postrzegał zjawiska takie jak aberracja światła i nutacja ziemska, a te zjawiska również umożliwiają obliczenie prędkości światła. Ale obserwacja paralaksy pozostała wyzwaniem w latach 1700-tych.
W 1781 roku odkryto Urana krążącego wokół Słońca za Saturnem. Choć ledwo widoczne gołym okiem na najciemniejszym niebie, było tak ciemne, że do tej pory unikało obserwacji astronomów, i tak zostało odkryte za pomocą teleskopu. Pierwsze asteroidy odkryto również na początku 1800 roku. Dochodzenie w sprawie perypetii na orbicie Urana z powodu przewidywanego ruchu newtonowskiego i keplerowskiego doprowadziło ostatecznie do odkrycia Neptuna w 1846 roku.
W 1838 roku astronom Friedrich Wilhelm Bessel, który zmierzył pozycję ponad 50000 gwiazd z największą możliwą precyzją, mógł w końcu z powodzeniem zmierzyć paralaksę gwiazdy 61 Cygni, co udowodniło, że gwiazdy były w rzeczywistości bardzo odległymi ciałami i że wiele były w rzeczywistości większe niż Słońce. To pokazuje również, że Słońce jest gwiazdą. Vega i Alpha Centauri również z powodzeniem zmierzyły swoje paralaksy w 1838 roku. Ponadto pomiary te pozwoliły oszacować odległość między tymi gwiazdami a Układem Słonecznym rzędu wielu trylionów kilometrów lub kilku lat świetlnych.