Pokaż spis treści
Wróć do informacji o e-podręczniku

Zdaniem Arystotelesa sfera to najdoskonalsza figura, ponieważ kiedy obraca się wokół jakiejś osi, to zachowuje stałe miejsce w przestrzeni. Ten pogląd wpłynął na widzenie budowy świata i był uznawany za prawdziwy przez prawie 2000 lat. To Arystoteles widział świat w postaci sferycznych warstw wokół sferycznej Ziemi. Uważał, że tylko ruchy po okręgu mogą być wieczne.

Według tego filozofa świat dzielił się na podksiężycowy, w któryn wszystkie ciała (zbudowane z elementów, takich jak woda, ziemia, ogień i powietrze) spadały do środka, oraz nadksiężycowy. Świat nadksiężycowy zdaniem Arystotelesa był wieczny – nie miał ani początku, ani końca.

Koncepcja budowy świata głoszona przez Arystotelesa odcisnęła piętno na ludzkim pojmowaniu kosmosu przez ponad 1500 lat. Ilustracja powyżej to drzeworyt nieznanego artysty, zatytułowany „Wędrowiec na krańcu świata”. Stanowi on odzwierciedlenie średniowiecznego sposobu postrzegania Wszechświata, zgodnego w znaczniej mierze z kosmologią Arystotelesa.
Już wiesz
  • odróżnić na niebie planetę od gwiazdy;

  • zaobserwować i opisać ruch Księżyca wokół Ziemi;

  • wyjaśnić zjawisko zmiany oświetlenia części Księżyca widzianej z Ziemi.

Nauczysz się
  • opisywać ruch planet na sferze niebieskiej oraz wyjaśniać go w systemie geocentrycznym i heliocentrycznym;

  • podawać treść praw Keplera;

  • wymieniać obserwacje Galileusza, które potwierdzały, że nie wszystkie ruchy odbywają się wokół Ziemi.

1. System geocentryczny

System, w którym centrum Wszechświata stanowi Ziemia, to system geocentryczny. Jako pierwszy opisał go Pitagoras. Uważał on, że Ziemia jest kulą unoszącą się w przestworzach, a wszystkie inne ciała krążą dookoła niej. Arystoteles, Archimedes Hipparch byli również zwolennikami tego systemu. Arystarch z Samos próbował zmierzyć odległości do ciał niebieskich. Z jego prac wynikało, że Słońce musi być znacznie większe od Ziemi. Uważał on, że jest nieprawdopodobne, aby ogromne Słońce krążyło wokół małej Ziemi, i że wobec tego trzeba przyjąć, że to Ziemia obiega Słońce. Był zatem prekursorem heliocentryzmu – systemu, według którego w centrum świata jest Słońce. Pogląd ten nie był jednak w tamtych czasach powszechnie akceptowany.

Niezależnie jednak od tego, co umieszczano w środku świata, zawsze obowiązywała zasada, że ciała niebieskie poruszają się ruchem doskonałym, czyli jednostajnym po okręgu. Problem jednak polegał na tym, że obserwowany ruch planet na niebie wcale nie był jednostajny, a tor ruchu wyglądał często tak jak na rysunku poniżej.

Droga, po której porusza się planeta, tworzy pętle. Jak widzimy na rysunku, planeta stosunkowo szybko przemieszcza się z prawej strony na lewą, następnie zwalnia i zaczyna poruszać się wstecz (z lewej strony na na prawą), a potem znowu szybko z prawej strony na lewą. Jak widać, ruch planet na niebie nie jest ruchem po okręgu i nie odbywa się ze stałą prędkością. Jak sobie poradzili z tym starożytni uczeni?
Przyjmowano system wielu sfer lub okręgów, po których poruszały się planety. Te największe i główne nazywano deferensami (lub deferentami), te mniejsze – epicyklami. Poniższy rysunek przedstawia deferens i epicykl I rzędu.

Epicykle i deferensy
Polecenie 1

Przedyskutujcie w klasie, w jaki sposób przyjęcie modelu ruchu planety po epicyklu i ruchu epicykl po deferensie mogło wyjaśnić, dlaczego planeta zakreśla pętle na tle gwiazd stałych. Patrzymy na ten ruch z Ziemi. Jakie założenia trzeba przyjąć, aby droga planety była taka jak na ilustracji 2?

System geocentryczny był przedstawiany różnie, ale tutaj chcemy pokazać jego najbardziej znaną wersję (Klaudiusz Ptolemeusz, II wiek n.e.). Obecnie uważa się, że Ptolemeusz zebrał wcześniejsze teorie (głównie Hipparcha) i zbudował ten model. Rysunek przedstawia wersję uproszczoną – w rzeczywistości przyjmowano, że Ziemia nie leży dokładnie w środku deferensów planet – deferensy były ekscentryczne.

W systemie geocentrycznym Ziemia zajmuje centralne położenie w stosunku do innych ciał niebieskich

Warto zwrócić uwagę na to, że na powyższym rysunku epicykle Wenus i Merkurego leżą całkowicie pomiędzy Słońcem a Ziemią, a ich środki znajdują się na prostej łączącej Ziemię ze Słońcem. Wynika z tego, że Wenus i Merkury nie mogły oddalać się za bardzo od Słońca. Rysunek jest schematyczny i nie przedstawia prawidłowych proporcji rozmiarów epicykli w porównaniu z rozmiarami deferensów.

W jaki sposób system geocentryczny Ptolemeusza wyjaśniał to, że Wenus (podobnie jak Merkury) albo zachodzi zaraz po zachodzie Słońca, albo wschodzi niedługo przed wschodem Słońca? Posłuż się pokazanym wyżej modelem tego systemu.

Przeanalizuj uważnie rysunek i jego opis znajdujący się poniżej. Czy z takiej konfiguracji wynika, że na Wenus moglibyśmy zaobserwować zjawisko analogiczne do cyklu faz Księżyca (od nowiu do pełni)? Uzasadnij odpowiedź.

2. System heliocentryczny

Jak wspomniano wyżej, nie wszyscy naukowcy byli zwolennikami centralnego położenia Ziemi we Wszechświecie, ale poglądy, jakie głosił Arystarch z Samos, nie były popularne.

Po upadku Cesarstwa Rzymskiego nadeszły w Europie czasy niesprzyjające rozwojowi niezależnej nauki, opartej na obserwacjach. Sytuacja zmieniła się wraz z ekspansją Arabów i nowo powstałej religii – islamu – na obszary Mezopotamii, Egiptu, Syrii oraz dzisiejszej Hiszpanii. Najeźdźcy poznali astronomię grecką i egipską. Dzieła astronomiczne przetłumaczono na język arabski. Religia islamu nie zakazywała zajmowania się tymi zagadnieniami, w wręcz przeciwnie – znajomość kierunków świata, dat świąt i postów (istotnych dla wyznawców tej religii) wiązała się z koniecznością obserwowania i zapisywania położeń Słońca, Księżyca oraz planet. Powstawały obserwatoria, np. w Bagdadzie w IX w. i w Samarkandzie w XV w. (to ostatnie zostało założone przez Uług Bega – mongolskiego władcę).

Mimo że astronomowie arabscy stwierdzili niezgodności między obserwowanymi pozycjami planet a ich położeniami wynikającymi z teorii Ptolemeusza, nie odeszli od idei systemu geocentrycznego i jednostajnego ruchu planet po okręgach.
Dlaczego stwierdzano niezgodności? W ciągu setek lat okazywało się, że zjawiska przewidziane przez teorię geocentryczną zachodzą w innych momentach, niż zakładano. Próbowano usuwać te niezgodności przez dodawanie kolejnych epicykli. Zakładano więc, że planeta krąży po epicyklu II rzędu, środek tego epicyklu krąży (oczywiście także ruchem jednostajnym) po epicyklu I rzędu, a dopiero ten epicykl krąży po deferensie. Dobór rozmiarów epicykli w zależności od czasów obiegu pozwalał na dokładniejsze przewidywanie zjawisk.

Kiedy nastąpiło Odrodzenie, zaczęto przypominać sobie o dawnych przekonaniach dotyczących budowy Wszechświata. Nadal obowiązywał system geocentryczny Ptolemeusza – potrzebna była zasadnicza zmiana obowiązujących poglądów. Tej zmiany (przynajmniej częściowo) dokonał Mikołaj Kopernik. Podczas studiów na Wydziale Sztuk Wyzwolonych na Akademii Krakowskiej Kopernik zetknął się z kwestionowaniem tez Arystotelesa dotyczących budowy Wszechświata. Poznał też poglądy Pitagorejczyków o ruchach Ziemi. Późniejsze studia w Bolonii i Padwie pozwoliły Kopernikowi na ugruntowanie opinii na temat nowego obrazu świata.

Zasadniczą zmianą, jaką wprowadzał system Kopernika, było umieszczenie Słońca w środku świata. Wdług tej teorii Ziemia jest jedną z planet krążących wokół Słońca. Dzienny ruch Słońca, Księżyca i gwiazd to efekt ruchu wirowego Ziemi. Drogi planet na niebie wynikają z ruchu Ziemi dookoła Słońca. Sfera gwiazd stałych pozostaje nieruchoma. System (nazywamy go heliocentrycznym) Kopernika przedstawiony jest na uproszczonym rysunku poniżej. Ponieważ Kopernik nie zrezygnował z założenia, że planety poruszają się po okręgach, system ten zawierał również epicykle. Ponadto orbity są ekscentryczne – środek deferensu nie leży w środku Słońca, lecz jest przesunięty.
System Kopernika wcale nie był prostszy od systemu Ptolemeusza, a liczba okręgów, które stanowiły tory planet, nawet nieco wzrosła.

W systemie heliocentrycznym Słońce zajmuje centralne położenie w stosunku do innych ciał niebieskich

Zasługą Kopernika było wybranie innego układu odniesienia – w centrum znajdowało się Słońce (a nie Ziemia). Spowodowało to ogromny przewrót. Teoria heliocentryczna zburzyła obraz świata stworzony jeszcze przez Arystotelesa i umożliwiła powstanie nowej filozofii przyrody. Z teorii kopernikańskiej wynikało, że nie istnieje podział świata na część ziemską (świat podksiężycowy) i pozaziemską (niebieską). Gwiazdy nie musiały się więc znajdować na powierzchni sfery (po to, by – zgodnie z teorią Ptolemeusza – mogły poruszać wokół Ziemi w ciągu 24 godzin), lecz nic nie stało na przeszkodzie, aby mogły znajdować się w różnych odległościach od Słońca. Ziemia, podobnie jak inne planety, była zależna od Słońca. Jednak nie nadszedł jeszcze czas na pytanie o przyczynę ruchu Ziemi i planet dookoła Słońca. Pogląd, ogłoszone drukiem w 1543 r., były rewolucyjne, a spór o słuszność nowej teorii trwał bardzo długo. Dzieło polskiego astronoma znajdowało się przez około 200 lat (do 1830 r.) na indeksie ksiąg zakazanych przez władze kościelne, a postać Kopernika nie była w Polsce zbyt popularna.

Kiedy w styczniu 1807 r. armia Napoleona wkroczyła do Torunia, cesarz zapytał rajców miejskich: Macie tu u siebie jakiś pomnik Kopernika?

„Burmistrz wyuczył się zawczasu wszelkich możliwych odpowiedzi, ale tego pytania nie przewidział. Stał zmieszany i spocony z wytrzeszczonymi oczami. Na szczęście jakiś urzędnik przypomniał sobie o narożnym domu na ulicy św. Anny, w którym miał urodzić się wielki nieboznawca. Cesarz wynurzył chęć bezzwłocznego oglądania tego zabytku. Przybywszy na miejsce, znalazł wszystko w nędznym stanie”.

Tak opisywano cesarskie oględziny w z tego samego roku.

Pierwszy pomnik Kopernika odsłonięto w Warszawie 11 maja 1830 r.

Polecenie 2

Wykonaj rysunek przedstawiający uproszczony model układu heliocentrycznego: największy okrąg ma przedstawiać sferę gwiazd stałych, mniejszy – orbitę Jowisza, kolejny – orbitę Ziemi, a w centrum narysuj Słońce. Na orbicie Ziemi zaznacz dwa położenia, jakie Ziemia przyjmuje co pół roku. Na orbicie Jowisza zaznacz położenia Jowisza również co pół roku, ale pamiętaj, że pełen obieg Jowisza wokół Słońca trwa ok. 12 lat.

Narysowane okręgi muszą mieć promienie odpowiedniej wielkości. Zastanów się, jak duży musi być promień największej sfery, czyli sfery gwiazd stałych. Na pewno trzeba będzie trochę poeksperymentować.
Następnie połącz linią jedno z położeń Ziemi i pierwsze położenie Jowisza – koniec odcinka tej linii to miejsce, w którym na sferze widać Jowisza. Czynność tę musisz powtarzać. W nagrodę zobaczysz, że Jowisz na naszej sferze może przyspieszać, zwalniać, cofać się i znowu pędzić. Zrozumiesz wówczas, w jaki sposób system heliocentryczny wyjaśnia drogi planet. Pamiętaj, że epicykle i deferensy mogą leżeć w różnych płaszczyznach i dlatego powstają pętle.

Zjawisko, o którym mowa wyżej, można zaobserwować również na poniższej animacji.

3. Rozwój idei kopernikańskiej

Teoria heliocentryczna Kopernika stawała się coraz powszechniejsza. Jednym z jej wielbicieli był duński astronom Tycho Brahe, który na przełomie lat 1575–76 przedstawił na dworze królewskim system świata skonstruowany przez Kopernika, a następnie – dzięki funduszom udzielonym przez króla Fryderyka II – założył na wyspie Hwen (Ven) duże obserwatorium. Mimo że Brahe cały czas był wielbicielem Kopernika, w końcu zaczął odrzucać jego poglądy. Zaproponował swój własny system – zgodnie z nim w środku świata znajdowała się Ziemia. Dookoła niej krążyły Księżyc i Słońce, otoczone kręgami planet. System Brahego był równie dobry, jak systemy Kopernika lub Ptolemeusza, aby przedstawić Układ Słoneczny i zachodzące w nim zjawiska astronomiczne, ale gubił główny sens teorii Kopernika – to, że Słońce jest zdecydowanie większe od Ziemi i innych planet.

Po kilku latach Brahe przeniósł się do Pragi. Tam zatrudnił Jana Keplera – nowego asystenta, dla którego system Kopernika był oczywisty. Po śmierci Brahego plon jego wieloletnich obserwacji dostał się w ręce Keplera. I wtedy nastąpił przełom.

Brahe jeszcze za życia prosił Keplera o wyznaczenie orbity Marsa. Nie było to łatwe, ponieważ Mars jest obserwowany z orbity Ziemi, która zawsze się porusza. Najpierw Kepler stwierdził, że orbita Ziemi musi być lekko spłaszczonym okręgiem. Okazało się, że wcale nie porusza się ona ruchem jednostajnym – był on szybszy w zimie, a wolniejszy w lecie. Z kolei kiedy astronom analizował orbitę Marsa, stwierdził, że ma ona kształt eliptyczny. Wreszcie Kepler zajął się kwestią, która od dawna go nurtowała: jaki jest związek między rozmiarami orbit planet a okresem ich obiegu dookoła Słońca. Szukanie takiego związku trwało dosyć długo, bo dopiero w maju 1618 r. zostało sformułowane tzw. prawo harmonii, czyli III prawo Keplera.

Kiedy Kepler utrwalał system Kopernika w swoich prawach ruchu planet, w styczniu 1610 r. Galileo Galilei (Galileusz) odkrył księżyce Jowisza, a następnie cykl faz Wenus. Drugie odkrycie dowodziło, że Wenus krąży wokół Słońca, a nie wokół Ziemi, pierwsze zaś było dowodem na to, że istnieją ciała krążące wokół innych planet niż Ziemia. Obserwacje plam słonecznych wykonane przez Galileusza dowodziły, że Słońce nie jest doskonałym ciałem niebieskim, jak głosili zwolennicy filozofii Arystotelesa i systemu geocentrycznego. Mimo to przeciwnicy Galileusza i Kopernika (a także Keplera) nawet nie chcieli spojrzeć w lunetę. W 1616 r. za herezję uznano twierdzenie głoszone przez Galileusza, że Słońce znajduje się w środku świata i pozostaje nieruchome, a Ziemia się porusza. Oba twierdzenia przyjęto za absurdalne oraz zakazano ich głoszenia. W 1632 r. Galileusz wydał we Florencji swój słynny „Dialog o dwu najważniejszych układach świata: ptolemeuszowym i kopernikowym”. Przeprowadził w nim znakomitą krytykę geocentryzmu, ale formalnie przyznał zwycięstwo zwolennikom Ptolemeusza. Mimo to został wezwany do Rzymu i znalazł się w więzieniu inkwizycji. 22 czerwca 1633 r. siedemdziesięcioletni Galileusz został zmuszony do odwołania swoich poglądów i ostatnie 9 lat życia spędził w odosobnieniu.

W 1828 r. papież Pius VII wydał decyzję o zdjęciu dzieła Kopernika z indeksu dzieł zakazanych.

Warto w tym miejscu wspomnieć o rozwoju idei kopernikańskiej w Polsce. O tej koncepcji sporo musiał wiedzieć król Władysław IV, dla którego Galileusz (przebywający już w areszcie domowym) wykonywał szkła do teleskopu. Włoski astronom pisał do króla: „Wiem, że egzemplarze tej książki (tzn. Dialogu – przyp. autora) dotarły w wasze strony...”. Jan Heweliusz – wybitny polski astronom w skali europejskiej – również był zwolennikiem teorii Kopernika. Urządził obserwatorium i śledził Księżyc, zmiany położeń Słońca, planet i gwiazd. Dzięki Heweliuszowi teoria Kopernika dotarła do króla Jana III Sobieskiego, który jeździł do Gdańska i spotykał się z tym astronomem. Na cześć króla Heweliusz nazwał pewien układ gwiazd Tarczą Sobieskiego (Scutum Sobiescianum). Obecnie używana jest tylko nazwa Tarcza.

4. Prawa Keplera

Zarówno geocentryczny system Ptolemeusza, jak i heliocentryczny system Kopernika zakładały ruch planet po okręgach. Założenie to wymagało wprowadzania kilku okręgów dla każdej planety oraz umieszczania środków tych okręgów poza Ziemią lub Słońcem.

Wiosną 1605 r. Kepler analizował spłaszczenia orbity Marsa. Doszedł wtedy do wniosku, że ma ona kształt elipsy. Sformułował prawo zwane I prawem Keplera.

Kiedy planeta jest najbliżej Słońca, mówimy, że znajduje się w punkcie przysłonecznym, czyli peryhelium. Punkt, w którym planeta jest najdalej od Słońca, nazywamy punktem odsłonecznym, czyli aphelium. Orbity satelitów Ziemi nazywają się analogicznie: perygeumapogeum. Odległość między peryhelium a aphelium nazywamy wielką osią elipsy.

Średnia odległość planety od Słońca, oznaczana literą a, jest równa:

a=rmax+rmin2

czyli połowie wielkiej osi elipsy.

Kilka lat wcześniej, zimą 1601 r., Kepler analizował zmiany szybkości ruchu planet i doszedł do wniosku, który sformułował jako II prawo Keplera.

Orbity większości planet orbity mało różnią się od okręgów, zatem różnica prędkości nie jest bardzo duża. Stosunkowo łatwo można zauważyć różnice prędkości orbit Marsa i Merkurego. Prędkość Ziemi w aphelium wynosi około 29,6 km/s, a w peryhelium jest o około 1 km/s większa. Ta różnica powoduje, że na naszej półkuli zima trwa krócej niż lato. Efekt zmiennej prędkości jest wyraźniejszy dla komet, które obiegają Słońce po bardzo spłaszczonych elipsach. W peryhelium komety osiągają prędkość rzędu kilkudziesięciu lub nawet kilkuset kilometrów na sekundę, w aphelium ta prędkość spada zaledwie do kilkuset metrów na sekundę. W epopei narodowej pt. „Pan Tadeusz” Adam Mickiewicz pisze o komecie, która pojawiła się pod koniec 1811 roku. Porusza się ona po orbicie w kształcie wydłużonej elipsy. Peryhelium tej komety znajduje się w odległości nieco większej niż odległość Ziemi od Słońca, natomiast aphelium znajduje się 410 razy dalej. Na jeden obieg wokół Słońca ta kometa potrzebuje prawie 3096 lat, więc w pobliżu Słońca (i Ziemi) znajdzie się ponownie dopiero koło roku 4907. Będzie to pięćdziesiąty wiek…

Najwięcej czasu zajęło Keplerowi poszukiwanie związku między średnią odległością planety od Słońca a okresem obiegu planety wokół niego. Kepler był przekonany o istnieniu takiego związku. Uważał bowiem, że we wszystkich zjawiskach przyrody ukryte są proste zależności matematyczne. Takie poglądy wyrażali kiedyś Pitagoras i jego uczniowie.

15 maja 1618 r. Kepler znalazł wreszcie formułę wiążącą długość połowy wielkiej osi elipsy wyznaczającej orbitę planety wokół Słońca a i okres obiegu wokół niego T:

a13T12=a23T22

W tym wzorze a1T1 oznaczają odpowiednie parametry dla jednej planety (np. Ziemi), a a2T2 – parametry drugiej planety (np. Jowisza). Ta zależność nosi nazwę III prawa Keplera. Można je stosować do innych układów, ale trzeba pamiętać, że ciała muszą krążyć dookoła tego samego obiektu (np. księżyce Jowisza czy Marsa, księżyce planetoid).

Reguła: III prawo Keplera

Stosunek kwadratu okresu obiegu planety wokół Słońca do sześcianu wielkiej półosi jej orbity (czyli średniej odległości od Słońca) jest stały dla wszystkich planet w Układzie Słonecznym.

Prawa Keplera opisywały ruch planet, zmiany ich odległości od Słońca i zmiany prędkości w ruchu na orbicie i nie odnosiły się już do skomplikowanego systemu kół (deferensów i epicykli), po których miała poruszać się planeta.

Podsumowanie

  • W starożytności twierdzono, że ciała niebieskie mogą się poruszać tylko ruchem doskonałym, a za taki uważano ruch jednostajny po okręgu.

  • Planety poruszają się na niebie w sposób skomplikowany – zmieniają swoją prędkość, kierunek ruchu i zakreślają pętle na tle gwiazd.

  • Systemy kosmologiczne mają za zadanie opisać budowę całego Wszechświata. W starożytności dominował pogląd, że w centrum świata znajduje się Ziemia, wokół niej leżą sfery, po których poruszają się Księżyc, Słońce i planety.

  • System geocentryczny opisywał skomplikowane drogi planet jako wynik ruchu każdej planety po kilku okręgach jednocześnie.

  • System heliocentryczny przedstawia drogi planet w stosunku do gwiazd jako wypadkową ruchu ich oraz Ziemi dookoła Słońca – ten ruch pozorny (wynikający z ruchu Ziemi) nakłada się na rzeczywisty ruch planety.

  • Trzy prawa Keplera opisują ruch planet i innych ciał niebieskich dookoła Słońca. Opierają się na następujących założeniach: orbity są eliptyczne (I prawo), prędkość liniowa i kątowa jest zmienna, a prędkość polowa stała (II prawo), rozmiary orbit planet mają związek z okresem ich obiegu wokół Słońca (III prawo).

Praca domowa
Polecenie 3.1

Okres obiegu Wenus po epicyklu wynosił 225 dni, a Merkurego – 88 dni. Okres obiegu planet po deferensie wynosi zaś 1 rok. Z kolei okres obiegu planet zewnętrznych (Marsa, Jowisza i Saturna) po epicyklu wynosi 1 rok, a po deferensie odpowiednio: dla Marsa – 1,88 roku, dla Jowisza – 11,8 roku, dla Saturna – 29,5 roku. Dlaczego te czasy wynosiły właśnie tyle?

Polecenie 3.2

Komety są widoczne na niebie tylko wtedy, gdy znajdują się blisko Słońca. Okres obiegu komety Halleya wokół Słońca wynosi około 76 lat. Widzimy ją jednak tylko przez kilka miesięcy. Wyjaśnij ten fakt. Skorzystaj z II prawa Keplera.

Polecenie 3.3

Średnia odległość Ziemi od Słońca wynosi 149 mln km. Wenus obiega Słońce w czasie 225 dni, a Ziemia – około 365 dni. Oblicz odległość Wenus od Słońca.

Polecenie 3.4

Odległość Jowisza od Słońca jest 5,2 razy większa niż Ziemi. Oblicz, ile trwa obieg Jowisza wokół Słońca. Wynik podaj w latach.

Słowniczek

deferens (deferent)

– okrąg, po którym porusza się środek epicyklu planety.

elipsa

– krzywa definiowana jako zbiór punktów, których suma odległości od ognisk elipsy jest stała.

epicykl

– okrąg, po którym porusza się planeta; w późniejszym okresie rozwoju astronomii uważano, że każda planeta ma kilka epicykli i porusza się po jednym z nich.

system heliocentryczny (heliocentryzm)

– układ kosmologiczny; w jego centrum znajduje się Słońce, wokół którego krążą Ziemia i inne planety. Gwiazdy nie znajdują się na powierzchni sfery, ale w różnych odległościach od Słońca. Twórcą systemu heliocentrycznego był Mikołaj Kopernik.

ogniska elipsy

– dwa punkty leżące na wielkiej osi elipsy; suma odległości od tych dwóch punktów jest stała dla wszystkich punktów elipsy.

oś wielka elipsy

– odległość między dwoma najdalszymi punktami elipsy.

peryhelium i aphelium

– punkty na orbicie okołosłonecznej; odpowiednio – najbliższy i najdalszy.

prędkość polowa

– stosunek pola zakreślonego przez promień wodzący planety do czasu, w jakim to pole zostało zakreślone (analogicznie do prędkości liniowej).

promień wodzący planety

– odcinek łączący planetę i Słońce.

system geocentryczny

– układ kosmologiczny, który zakładał, że w centrum Wszechświata umieszczona jest Ziemia, a wszystkie planety i Słońce obiegają ją po torach będących okręgami. Gwiazdy widoczne na nieboskłonie są równo oddalone od Ziemi.

Biogramy

Archimedes, jeden z najwybitniejszych matematyków starożytności

Archimedes z Syrakuz

Grecki fizyk, matematyk, filozof i wynalazca. Zajmował się również mechaniką (maszyny proste) i hydrostatyką (prawo Archimedesa). Jako matematyk znany jest ze swoich prac dotyczących geometrii (wyznaczanie powierzchni figur płaskich). Zginął z ręki legionisty po zdobyciu Syrakuz przez legiony rzymskie (II wojna punicka).

Arystarch jako pierwszy znany astronom zaproponował system heliocentryczny jako model budowy Wszechświata

Arystarch z Samos

Koncepcja heliocentryzmu, którą zaproponował Arystarch, została odrzucona przez współczesnych mu astronomów. Głównym powodem były niezgodności wyników obliczeń Arystarcha z obserwacjami przeprowadzanymi przez innych starożytnych uczonych. Arystarch – podobnie jak jego następcy – błędnie założył, że torem ruchu Ziemi wokół Słońca jest okrąg.

Arystoteles

Grecki filozof i logik, który przejawiał również zainteresowanie naukami przyrodniczymi, takimi jak biologia, fizyka i astronomia. Jako pierwszy dokonał podziału na nauki teoretyczne, praktyczne i pojetyczne. System filozoficzny, którego był twórcą, wywarł ogromny wpływ na doktrynę Kościoła katolickiego i na całą średniowieczną Europę.

Wybitny duński astronom, twórca modelu układu planetarnego w którego centrum znajdowała się wirująca Ziemia

Tycho Brahe

Tycho Brahe był doskonałym obserwatorem, który zasłynął z niezwykle dokładnych pomiarów położenia gwiazd i planet Układu Słonecznego. Obserwacje, które przeprowadzał, skłoniły go do podważania założeń systemu Kopernika i wysunięcia hipotezy, że centralnym punktem Układu Słonecznego jest wirująca Ziemia, a nie – Słońce. Ani Brahme, ani Kopernik nie wiedzieli jednak, że planety poruszają się po elipsach. Bardzo precyzyjne pomiary Brahego okazały się niewystarczające, aby to stwierdzić. Jan Kepler (asystent Brahmego) wykorzystał te wyniki i na ich podstawie sformułował prawa ruchu planet w modelu heliocentrycznym, w pełni zgodne z danymi doświadczalnymi uzyskanymi przez Brahego. Te prawa są nazywane dzisiaj trzema prawami Keplera.

Galileusz – pierwszy nowożytny fizyk

Galileo Galilei

Galileusz był typowym przedstawicielem renesansu – interesował się matematyką, fizykę, astronomią, polityką i medycyną. Typowemu nauczaniu scholastycznemu przeciwstawiał poznanie empiryczne i doświadczenie. Był zwolennikiem teorii heliocentrycznej Kopernika, zwalczanej przez Kościół. Rewolucyjne poglądy Galileusza nie przysporzyły mu wielu sympatyków. Uczony szybko wszedł w konflikt ze Świętą Inkwizycją, co skończyło się karą pozbawienia wolności na wiele lat i wymuszeniem odwołania głoszonych przez siebie tez.

Jeden ze współtwórców systemu geocentrycznego

Hipparch z Nikei

Hipparch w swoich pracach analizował ruchy planet i na podstawie swoich obserwacji wprowadził epicykle i deferenty jako element opisu tych ruchów. Te zjawiska stały się punktem wyjścia do dalszych badań prowadzonych przez Ptolemeusza. Zainteresowania Hipparacha nie ograniczały się do astronomii – zajmował się on również trygonometrią i kartografią.

Jeden z twórców XVII w. rewolucji naukowej w Europie

Jan Kepler

Jan Kepler interesował się głównie matematyką i astronomią. Jego największym odkryciem, ktore przyczyniło się do rozwoju nauki, były prawa rządzące ruchem planet. Dziś te prawa są znane jako trzy prawa Keplera. Uczony dał się również poznać jako zagorzały obrońca systemu kopernikańskiego (praca z zakresu astronomii pt. „Mysterium Cosmographicum”).

Mikołaj Kopernik – ten, który wstrzymał Słońce, a poruszył Ziemię

Mikołaj Kopernik

Mikołaj Kopernik był synem kupca Mikołaja i Anny z rodu Watzenrode. Ojciec Kopernika zmarł, gdy chłopiec miał 10 lat. Opiekę nad nim przejął wuj – biskup warmiński Łukasz Watzenrode. Mikołaj uczęszczał do szkoły przykatedralnej najpierw w Toruniu, a następnie we Włocławku. W latach 1491–95 studiował na Wydziale Sztuk Wyzwolonych Akademii Krakowskiej. Dzięki studiom zdobył wiedzę z astronomii, matematyki i fizyki (zwłaszcza z optyki). W 1496 roku wyjechał do Włoch – w Bolonii studiował prawo kanoniczne (do 1500 r.). Po krótkim pobycie w Rzymie wyjechał do Padwy, gdzie rozpoczął studia medyczne. W 1503 r. powrócił do Polski i przebywał głównie na Warmii. Prowadził obserwacje astronomiczne na zamku w Olsztynie. Do dziś zachowała się tzw. tablica kopernikańska – pozostałość po badaniach nad wyznaczeniem daty równonocy. Wyniki tych obserwacji przyczyniły się do reformy kalendarza (zamiast juliańskiego zaczął obowiązywać gregoriański). Kopernik interesował się też ekonomią; sformułował prawo, że gorszy pieniądz jest wypierany przez lepszy pieniądz. Najbardziej znane dzieło Kopernika nosiło pierwotnie tytuł „O obrotach”, jednak wydawca zmienił go na „O obrotach sfer niebieskich” w obawie przed rewolucyjnymi poglądami zawartymi w tej publikacji. System opisany przez Kopernika był heliostatyczny (z nieruchomym Słońcem), a nie heliocentryczny. W tym systemie środki kołowych orbit planet znajdowały się w różnych odległych punktach.

Pitagoras znany jest nie tylko ze swojego twierdzenia matematycznego (twierdzenia Pitagorasa)

Pitagoras

Grecki filozof i matematyk. Twórca szkoły pitagorejskiej (529 r. p.n.e.), która była zamkniętym stowarzyszeniem mistycznym. Pitagoras uważał, że wszechświat jest uporządkowany i harmonijny (harmonia sfer). Interesował się nie tylko matematyką, którą uważał za uniwersalny język opisu świata, lecz także muzyką (wynalazł skalę muzyczną). Był wyznawcą orfizmu.

Sformułował matematyczne podstawy systemu geocentrycznego

Klaudiusz Ptolemeusz

Astronom, geograf i fizyk pochodzenia greckiego. Prowadził badania w Aleksandrii, w II w. n. e. znajdującej się pod władaniem Cesarstwa Rzymskiego. W swoim trzynastotomowym dziele „Almagest” zawarł podstawy matematyczne systemu geocentrycznego. Do czasu wydania pracy „O obrotach” Mikołaja Kopernika (co miało miejsce kilkanaście stuleci później) poglądy Ptolemeusza całkowicie zdominowały sposób pojmowania rzeczywistości, a „Almagest” stał się głównym argumentem w zwalczaniu innych systemów kosmologicznych.