System heliocentryczny, czyli o bezużytecznym systemie Kopernika

Ruch planet po nieboskłonie już od starożytności przysparzał problemów astronomom. Co prawda trzymały się mniej więcej Zodiaku, ale nie poruszały się z godnością przynależną ciałom z budowanym z kwintesencji, tylko przyspieszały, zwalniały, kreśliły zygzaki, a nawet zawracały. Aby to wyjaśnić oraz uczynić możliwym obliczanie pozycji planet w przyszłości, powstał skomplikowany geocentryczny system ptolemejski, a w późniejszym czasie system heliocentryczny.

System heliocentryczny a geocentryczny

Aż do czasów Kopernika uważano, że planety obiegają Ziemię ruchem kołowym. Planeta najpierw obiega małe kółko zwane epicyklem, a środek epicykla podąża deferentem — dużym kołem okrążającym Ziemię. Połączenie ruchu po epicyklu oraz deferencie tłumaczyło zygzaki kreślone przez planety i pozwalało jako tako obliczyć ich pozycje na nieboskłonie. Dokładność jednak nie zadowalała astronomów, więc celem pogodzenia wyników z obserwacjami wprowadzano kolejne poziomy epicykli. Planeta krążyła więc po epicyklu piątego poziomu, jego środek obiegał epicykl czwartego poziomu, ten zaś trzeciego, później drugiego, a epicykl pierwszego rzędu leciał po deferencie. Wszystko oczywiście eleganckim ruchem jednostajnym.

System geocentryczny był bardzo skomplikowany matematycznie, a do tego jego precyzja pozostawiała wiele do życzenia. Mimo mnożenia epicykli planety nie chciały znajdować się tam, gdzie powinny być zgodnie z obliczeniami, zmuszając astronomów do poprawek i wprowadzania kolejnych epicykli. Nic więc dziwnego, że była duża potrzeba uproszenia obliczeń i zwiększenia ich dokładności.

Wtedy pojawił się Kopernik. Zauważył, że wszystko się dramatycznie upraszcza, jeśli zmienimy punkt odniesienia — przestaniemy się upierać, że na środku Wszechświata znajduje się Ziemia i wrzucimy tam Słońce. Planety wraz z Ziemią krążą wokół Słońca, wzajemnie się gonią i prześcigają, co tłumaczy intrygujące ludzkość od starożytności zygzaki i pętelki na niebie. Prosto i elegancko, a do tego łatwo matematycznie. Powstało dzieło „De revolutionibus orbium caelestium”, które dość szybko (bo już po prawie 60 latach) trafiło na indeks ksiąg zakazanych. I na tym kończy się wiedza, którą raczą dzieci i młodzież w szkołach, czyli system heliocentryczny.

System heliocentryczny, czyli kopernikański to dobry system?

Przemilcza się jednak fakt, że elegancki system heliocentryczny Kopernika nie wytrzymywał konfrontacji z obserwacjami. Według dzisiejszych kryteriów naukowych teoria, która nie zgadza się z obserwacjami lub wynikami eksperymentów jest błędna i powinna trafić do kosza na papiery. Taka właśnie była teoria Kopernika: nie nadawała się do użytku praktycznego, bo chociaż prosta i elegancka, to pozycje planet wyliczone za jej pomocą były znacznie mniej dokładne niż według absurdalnie skomplikowanego systemu geocentrycznego z wielopiętrowo zagnieżdżonymi epicyklami.

Tak więc naukowcy zwalczający niegdyś system kopernikański nie kierowali się wbrew pozorom tylko kryteriami religijnymi. Policzyli pozycje planet, wyszło do bani, więc wrócili do epicykli ideferentów.

A dlaczego system heliocentryczny (kopernikański) dawał niedokładne wyniki obliczeń? Otóż przyczyną były fundamentalne błędy w jego założeniach. Tak, Kopernik na bazie błędnych przesłanek stworzył błędny system bez zastosowania praktycznego. Jakie to błędy popełnił Kopernik?

• Według Kopernika planety obiegają Słońce po kołowych orbitach. To oczywista nieprawda, orbity planet są wkształcie elipsy. Co prawda orbita Wenus jest prawie okrągła, za to już Merkurego solidnie jajowata. Już z tego powodu system Kopernika nie mógł pozwalać na dokładne obliczanie pozycji planet.
• Według Kopernika Słońce znajduje się w środku orbitalnych okręgów. To kolejna nieprawda, gdyż Słońce znajduje się w ognisku elipsy będącej orbitą planety. O ile wprzypadku Wenus nie powoduje to dramatycznego rozjazdu, to w przypadku Merkurego już niestety tak.
• Według Kopernika planety obiegają Słońce ruchem jednostajnym. To kolejna nieprawda: gdy planeta znajduje się bliżej Słońca — porusza się szybciej, w miarę zaś oddalania się zwalnia.

Kłopot z systemem kopernikańskim

Kopernik był człowiekiem swoich czasów. Chociaż wyzwolił się z myślenia w kategoriach geocentrycznych i odważył się zmienić punkt odniesienia, to nie mógł uwolnić się od planet poruszających się po idealnych, kołowych orbitach idealnym ruchem jednostajnym. Nie jestem też pewien, czy miał wystarczający materiał obserwacyjny by porządnie zweryfikować swój system (do dzisiaj na przykład nie jest pewne, czy Kopernik obserwował Merkurego, planetę kłopotliwą z powodu bliskości Słońca, widoczną rzadko, tylko około wschodu lub zachodu Słońca i blisko naszej gwiazdy).

To, że astronomowie nie tkwią w geocentryzmie i nie liczą epicykli tysiącznego stopnia zawdzięczamy Keplerowi. Astronomów był zafascynowany teorią heliocentryczną Kopernika, ale znał jej mankamenty. Co więcej, dysponował bardzo dokładnymi, wieloletnimi wynikami pomiarów pozycji planet na nieboskłonie dokonanych przez bardzo skrupulatnego Tychona Brache (wartego osobnego wpisu na blogu, choćby z powodu nosa ze srebra oraz piwno-urologicznych okoliczności śmierci). To wszystko pozwoliło mu zerwać z kopernikańskimi idealizacjami i opracować system nadający się (z jednym wyjątkiem) do użytku praktycznego. Otóż system Keplera ma założenia następujące:

• Orbity planet są elipsami.
• Słońce znajduje się wjednym z ognisk elipsy.
• Prędkość planety zmienia się tak, aby pole kreślone przez promień wodzący planety wjednostce czasu było równe.

Rozwój nauki jest kluczowa w postrzeganiu świata i nie tylko

Dopiero system heliocentryczny podrasowany przez Keplera miał cechy upragnione przez Kopernika: był jednocześnie prosty w użyciu i dawał dokładne wyniki obliczeń pozycji planet. Znacznie dokładniejsze niż w przypadku systemu ptolemejskiego. Z jednym wyjątkiem: felernego Merkurego. Bożek kupców izłodziei przez wiele lat nie dawał się wtłoczyć w ramy zakreślone przez Keplera i uskuteczniał „ruch peryhelium”. Punkt najbliższy Słońcu zamiast przyzwoicie tkwić w jednym miejscu jak wprzypadku innych planet, z każdym obiegiem nieco się przesuwał, w związku z czym Merkury zamiast elipsy kręcił coś w rodzaju sprężynkospiralki. To temat na osobny wpis na blogu, bo mamy tu zagadkę, teorie spiskowe (planeta Wulkan) i rozwiązanie zagadki dzięki Einsteinowi, więc na tym poprzestanę.

Czy więc Kopernik wielkim uczonym był? Owszem, miał przełomową wizję, która dzięki benedyktyńskiej pracy Tychona Brache oraz kolejnej wizji Keplera spowodowała zmianę postrzegania Układu Słonecznego. Natomiast trzeba uczciwie przyznać, że błędy w założeniach (czy mówiąc łagodniej „zbytnie uproszczenia” modelu) poczynione przez Kopernika powodowały, że jego teoria uparcie nie chciała zgadzać się z obserwacjami, a przez to nie miała żadnego zastosowania praktycznego. Warto się dowiedzieć jakie wynalazki zostały odkryte przypadkowo.

Dowiedz się więcej na temat kreacjonizmu młodoziemskiego albo jak wygląda nasza planeta wg płaskoziemców.