Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира
В древности были известны 5 похожих на звезды, но более ярких светил, которые хотя и участвуют в суточном вращении небосвода, но совершают и самостоятельные видимые движения. Древние греки назвали такие светила планетами (по-гречески «планета» означает «блуждающая»). Невооруженным глазом можно увидеть 5 блуждающих светил (планет) — Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн.
Планеты всегда располагаются на небе недалеко от эклиптики, но в отличие от Солнца и Луны через определенные временные интервалы меняют направление своего движения. Они перемещаются между звездами в основном с запада на восток (как Солнце и Луна) — прямое движение. Однако каждая планета в определенное время замедляет свое движение, останавливается и начинает двигаться с вое тока на запад — попятное движение. Затем светило опять останавливается и возобновляет прямое движение. Поэтому видимый путь каждой планеты на небосводе — сложная линия с зигзагами и петлями. Эта траектория к тому же меняется от цикла к циклу, в течение которого планета возвращается примерно на одно и то же место среди звезд (рис. 6.1).
Видимое петлеобразное движение Марса
Петлеобразное движение планет длительное время оставалось для астрономов непонятным, загадочным и нашло свое правильное и простое объяснение в учении Коперника.
Геоцентрические системы мира. Система мира Птолемея
Правильное понимание наблюдаемых небесных явлений у людей складывалось веками. Первые модели мироздания предлагались древними греками (Фалес, Пифагор, Филолай, Евдокс). Первоначальные представления греков о хрустальных сферах были весьма упрощенным объяснением небесных явлений.
Около 370 г. до н. э. Евдокс попытался придумать такую модель, которая описывала бы действительное движение планет. Он рассматривал сферы (рис. 6.2) как геометрические конструкции, а не как реальные небесные тела. Он считал, что существует 27 концентрических сфер, плавно вращающихся одна в другой. Солнце, Луна и планеты имели по несколько сфер, вращающихся с постоянной скоростью вокруг различных осей. Однако с течением времени Евдокс убедился в несовершенстве своей системы, что подтверждали более точные наблюдения планет. Очевидный выход из положения — увеличение числа сфер — был использован его последователями.
Во II в. н. э. Клавдии Птолемей разработал геоцентрическую систему мира, позволявшую вычислять положения планет относительно звезд на много лет вперед и предсказывать наступление солнечных и лунных затмений. Используя наблюдения своих предшественников, а также свои собственные, Птолемей построил теорию движения Солнца, Луны, планет и предположил, что все светила движутся вокруг Земли, которая является центром мироздания и имеет шарообразную форму.
Для объяснения сложного петлеобразного движения планет Птолемей ввел комбинацию двух равномерных круговых движений: движение самой планеты по малой окружности (эпицикл) и обращение центра этой окружности вокруг Земли (деферент). При комбинации двух круговых движений получалась эпициклоида, по которой двигалась планета (Р) (рис. 6.3).
По мере накопления наблюдений о движениях планет теория Птолемея все больше усложнялась (вводились дополнительные круги с различными радиусами, наклонами, скоростями и т. п.), что вскоре сделало ее слишком громоздкой и неправдоподобной.
Траектория планеты согласно теории Птолемея
Система мира Коперника
В XVI в. польский ученый Николай Коперник, отбросив догматическое представление о неподвижности Земли, поставил ее в число рядовых планет. Коперник указал, что Земля, занимая третье место от Солнца, так же, как и другие планеты, движется в пространстве вокруг Солнца и одновременно вращается вокруг своей оси. Гелиоцентрическая система Коперника очень просто объясняла петлеобразное движение планет. На рис. 6.4 показано движение Марса на небесной сфере, наблюдаемое с Земли. Одинаковыми цифрами отмечены положения Марса, Земли и точек траектории Марса на небосводе в одни и те же моменты времени.
Объяснение петлеобразного движения планет исходя из учения Коперника
Геоцентрические системы Евдокса и Птолемея не позволяли измерить расстояние до планет. Гелиоцентрическая система Коперника впервые дала возможность рассчитать пропорции Солнечной системы, пользуясь радиусом земной орбиты как астрономической единицей длины.
Главное научное сочинение Коперника «Об обращениях небесных сфер», на написание которого он затратил более 20 лег упорного труда, было опубликовано в мае 1543 г., незадолго до смерти ученого. Революционность труда Коперника состоит в том, что в нем с новым взглядом на строение Солнечной системы неразрывно связан вопрос о положении Земли, а с ней и человека во Вселенной. Со временем учение Коперника заставило освободить науку от устаревших и схоластических традиций, тормозивших ее развитие. Однако сам великий астроном оставался в плену некоторых предубеждений. Например, Коперник так и не смог отказаться от представления, что планеты движутся равномерно по круговым орбитам. Поэтому его модель Вселенной также содержала множество сфер — эпициклов и деферентов.
Великий итальянский ученый Галилео Галилей подтвердил учение Коперника своими открытиями, сделанными при помощи телескопа. Он обнаружил, что на Луне находятся горы и кратеры, Венера имеет фазы, у Юпитера есть четыре спутника и что Млечный Путь не просто сияние на небе, а распадается на отдельные слабые звезды, недоступные невооруженному глазу.
Иоганн Кеплер развил учение Коперника, открыв законы движения планет, и доказал на основе фактов, что планеты движутся по эллипсам и неравномерно. Исаак Ньютон опубликовал в 1687 г. открытый им закон всемирного тяготения, который позволил выразить теорию движения планет в виде формул и отказаться навсегда от громоздких геометрических построений.
https://www.youtube.com/watch?v=sldaABQLBQI
https://www.youtube.com/watch?v=2_e-cubPOwg
https://www.youtube.com/watch?v=aAjSeWOegRQ ссылки на урок
Д/З § 30 изучить, подготовить конспект