Detall d'una pintura de Giuseppe Bertini que mostra Galilei Galileo explicant el funcionament del seu telescopi a la Venècia DOGE'une peinture de Giuseppe Bertini qui montre Galilei Galileo expliquant le fonctionnement de son télescope au doge de Venise
Detall d’una pintura de Giuseppe Bertini que mostra Galilei Galileo explicant el funcionament del seu telescopi a la Venècia DOGE

El model geocèntric de Claude Ptolomeu ha estat acceptat durant més de mil anys. No va ser fins al començament del Renaixement per a un nou model que es presentarà. Aquest nou model, introduït per l’astrònom polonès Nicolaus Copernicus va revolucionar l’astronomia i va fer grans avenços en la nostra comprensió de l’univers.

Sistema heliocèntric de Copernic> Nicolas copernic (1473-1543) va ser un intel·lectual qui , com molts dels seus contemporanis, no es va limitar a l’estudi d’una sola disciplina. Va estudiar matemàtiques i astronomia, però també l’economia i la medicina. Va ocupar diverses posicions administratives i polítiques. Va fer observacions astronòmiques detallades i precises, que, entre altres coses, mesurant les posicions dels planetes amb errors de menys de mig grau.

Conversa amb Déu, una pintura de Jan Matejko veient copernic i el seu model heliocèntric.
Conversa amb Déu, una pintura de Jan Matejko que mostra copernic i el seu model heliocèntric.

La seva motivació per concebre un model diferent de la de Ptolomès va ser probablement en gran part vinculat a un principi d’elegància de les matemàtiques i la senzillesa. El model de Ptolomeu, amb els seus equins, epicicles i restriccions estranyes en un gran nombre de paràmetres semblava massa complex. La seva incomoditat amb el model de Ptolomeu el va portar a dissenyar un univers completament diferent. Va col·locar el sol al centre de l’univers i els planetes, així com la terra, girant al voltant del sol. Es diu que es tracta d’un model heniocèntric. Es retira a la terra la seva posició particular i la va fer un planeta com els altres. La lluna es va quedar en òrbita al voltant de la Terra. Va determinar l’ordre dels planetes basats en el període sideral, de cadascun, és a dir, el temps que va trigar a anar al voltant del sol. Els planetes que van donar la volta al sol en menys temps havien d’estar més a prop que els que es van convertir en més temps havien de ser més lluny. Des del sol, els planetes són mercuri, Venus, Terra, Març, Júpiter i Saturn. Sempre influenciat per la tradició grega, les òrbites dels planetes en els seus models són circulars. Copernic reconeix que les estrelles són molt més lluny de la terra que és el sol i els col·loca en una esfera immòbil. Així, el moviment aparent de l’esfera celeste no es deu a un moviment real de l’esfera, sinó a un moviment de la Terra mateixa. Copèrnic fins i tot reconeix que la Terra té dos moviments diferents, la seva rotació en si mateixa i la seva revolució al voltant del sol.

model de copernic
Héliocèntric copernic

El model copernic explica directament el moviment retrògrad dels planetes, així com la mida relativa de la degradació. Quan la Terra gira sobre la seva òrbita, possiblement s’acosta a una òrbita més llarga. Per tant, la línia de visió que va des de la Terra a març dóna una projecció de marques sobre l’esfera celestial que té un moviment aparent retrògrad. Això es mostra a la figura de l’esquerra a continuació. En el model de Copernic, els planetes sempre giren en la mateixa direcció. Això és molt més senzill que l’explicació del moviment retrògrad amb els epicicles del model Ptolomeu (il·lustrat a la dreta inferior). Els planetes Júpiter i Saturn fan un moviment retrògrad relativament menor que el de Mart simplement perquè són més distants de la Terra.

retrògrad Moviment d’un planeta superior al model copernic

Moviment retrògrad d'un planeta superior en el model copernic (esquerra) i ptolomeu (dreta)'une planète supérieure dans le modèle de Copernic (à gauche) et de Ptolémée (à droite) El model heliocèntric del copernic explica fàcilment el moviment retrògrad sense haver d’utilitzar artificis com es mostra a la figura esquerra i l’animació del centre. A diferència, el model de Ptolomeu necessitava utilitzar epiciscles per explicar el mateix fenomen (animació correcta). (Esquerra: Brian Brondel CC BY-SA 3.0, a la dreta: Cleonis CC BY-SA 2.5)

No obstant això, tot no va anar a la perfecció en el model de copernic. No podia explicar la preferència zodiacal. Per abordar aquest problema, va introduir epiciscles que van tenir l’efecte de la decentració de les òrbites dels planetes en relació amb el sol. Aquesta addició va fer que el model sigui més complex i reutilitzat l’antic concepte d’epicicles. Calia esperar a Johannes Kepler, unes dècades més tard, per resoldre aquest problema.

Copernic va publicar els seus resultats i el seu model l’any de la seva mort, el 1543. El seu llibre, de Revolutionibus Orbium Coelestium va ser ben rebut més aviat. Forablement, fins i tot per les autoritats religioses. Diversos van veure un nou mètode matemàtic per modelar els moviments de les estrelles, però encara no va concebre que pugui ser una veritable descripció de la realitat.

No cal destacar, fins i tot si el model de copernic estava més a prop A la realitat que la de Ptolomeu, les prediccions que va fer possible va ser més precisa. De fet, com el model de Ptolomeu, el model de copernic va permetre predir la posició de les estrelles amb una precisió de l’ordre de 5 °.

Observacions de Galileu Galilei

Galilee ( 1564-1642) va ser un astrònom i un físic italià que va contribuir a l’acceptació del model copernic i el desenvolupament de la cinemàtica i la mecànica. També va ser dotat d’enginyeria i va desenvolupar diversos dispositius que van tenir algun èxit comercial (incloent compassos i telescopis). Va ser per bona part de la seva vida en bons termes amb les autoritats religioses. No obstant això, el seu entusiasta del públic pel model heliocèntric de Copernic finalment li va guanyar un judici i una condemna a la cadena perpètua per “sospita d’herejía”. Estava servint la seva condemna per ser assignat a la seva residència per a la resta de la seva vida. El seu treball Dialogo Sopra He degut a l’índex Massimi Sistemi del Mondo. El 1992, el papa Joan Pau II va reconèixer que l’Església catòlica tenia Galilea mal tractada i expressava lamentar la forma en què es va tractar el fitxer.

Pintura Cristiano Banti que mostra Galilea davant de la Inquisició.'Inquisition.
Cristiano Banti pintura que mostra Galilea davant de la Inquisició.

Gràcies a la seva Els telescopis, Galilee podrien fer diverses observacions que donaven suport al model de copernicus.

llunes de Júpiter

Abans de Galilea, ningú va pensar que hi havia satèl·lits naturals al voltant d’altres planetes que la Terra. La Lluna va ser l’únic satèl·lit natural conegut i el fet que la terra tingués un satèl·lit va ser una garantia de la posició particular que el nostre planeta va haver d’ocupar a l’univers. A més, la hipòtesi predominant era que un planeta en moviment no podia mantenir les llunes en òrbita, aquestes llunes finalment perdrien a l’espai. A mesura que la Terra estava immòbil al centre, la lluna podia girar la terra sense problemes. Amb el seu telescopi, Galilea va descobrir que Júpiter també tenia llunes. Les quatre cares més grans de Júpiter, IO, Europa, Ganimedes i Callisto ara es denominen les llunes de Galilean i l’honor d’aquest descobriment. Podria observar el moviment d’aquestes llunes al voltant del seu planeta. La imatge següent, presa amb un telescopi modern, mostra les quatre llunes galileanes.

Moonsis de Júpiter vistes en un telescopi modern
Llunes de Júpiter Vistes en un telescopi modern (Jan Sandberg)

En el model de copernic, les llunes són simplement en òrbites al voltant de la seva planetes que es troben en òrbita al voltant del sol. La idea que un planeta pogués mantenir les seves llunes si fos en òrbita es contradiu per l’existència de les llunes de Júpiter. També es va sacsejar el lloc especial de la Terra: altres planetes també podrien tenir llunes.

fases de Venus

Venus és un planeta inferior. En el model de Ptolomeu, per explicar el fet que mai no és lluny del Sol, el centre del seu epicicle ha de ser sempre a l’eix de Terre-Soleil. Però si fos el cas, mai no veurem completament la cara il·luminada de Venus perquè sempre estaria entre la Terra i el Sol. Galilea va observar les fases de Venus amb el seu telescopi i es va adonar que podríem veure totes les fases de Venus, incloent una Venus totalment il·luminada. Aquestes observacions coincideixen molt bé amb el model copernicà, però no en absolut amb el model de Ptolomeu.

fases de Venus en el model Copornician
Fases de Venus al model copornician (Rachel Knott CC BY-SA 3.0)

Muntanyes a la lluna

Galileu també va observar muntanyes a la Lluna. Aquestes muntanyes, clarament visibles gràcies a les ombres que planifiquen, són estructures similars a les que es troben a la Terra. La lluna és, per tant, un objecte similar a la Terra i encara es mou. Això suporta la idea que la Terra es mou, fins i tot si sembla molt gran i difícil de moure.

Imatge de la lluna presa Amb un telescopi modern i una càmera de telèfon. Veiem les ombres fetes per les muntanyes.'un téléphone. On voit des ombres faites par les montagnes. Imatge de la lluna presa amb un telescopi modern i la càmera d’un telèfon. Veiem ombres fetes per les muntanyes.

taques solars

Les taques fosques apareixen i desapareixen de la superfície del sol. Aquests punts es mouen a la superfície. L’observació d’aquestes taques de Galilea va demostrar que el Sol no era un objecte etern i immutable: va canviar, igual que les coses a la Terra. Això va qüestionar la hipòtesi que tot el que estava al cel estava congelat per sempre. L’univers semblava molt més dinàmic que el que es va acceptar abans de Galileu.

Fotografia de taques solars preses per l'Observatori dinàmic solar Fotografia de Sots solars preses per l’Observatori Dynamic Solar (NASA / SDO)

Tycho Brahe i Johannes Kepler

Tycho Brahe (1546-1601) va ser un galilee contemporani. Era un danet molt hàbil per prendre mesures astronòmiques precises. El rei danès Frédérick II va donar a Tycho Brahe un observatori astronòmic a l’illa de Hven: Uraniborg. Utilitzant instruments suma tots rudimentaris (no tenia un telescopi a diferència de Galilea) va mesurar la posició de les estrelles amb precisió exemplar (de l’Ordre del Sixtendent de grau). Mitjançant l’ús de la tècnica de Parallax, que parlarem en un capítol posterior, va ser capaç de determinar quins objectes celestes eren els més allunyats. Va observar que no va poder mesurar la paral·laxi de les estrelles que podrien significar dues coses: o bé les estrelles eren molt més enllà de la gent del temps imaginat, la Terra estava immòbil. Tycho Brahe Opta per a la segona hipòtesi i va desenvolupar un model del sistema solar on es trobava la Terra al centre, però en què alguns planetes giraven al voltant del sol en lloc de la terra.

tycho braheEscola de supernova sn1572 tycho brahe (esquerra) i l’esquema de la supernova sn1572 que ell Observat a la constel·lació de Cassiopea (dreta).

Johannes Kepler (1571-1630) va ser l’assistent Tycho Brahe. A la mort de Brahe, va heretar la seva posició imperial matemàtica i va començar a analitzar detalladament les dades que havia criat amb Brahe. A diferència del seu cap, Kepler estava convençut de la validesa del model copernic. Ferru de Matemàtiques, va descobrir en les dades de tres lleis que regeixen el moviment de les estrelles. Aquestes lleis van corregir lleugerament el model de copernic i va permetre explicar molt més elegantment la preferència zodiacal i proporcionar previsions molt més precises de la posició de les estrelles.

Johannes KeplerJohannes Kepler
Johannes Kepler

Primera llei de Kepler

Els planetes giren al voltant del sol al llarg de les òrbites en forma d’el·lipse i el sol es troba en una de les cases d’aquestes el·lipses.

Aquest descobriment és major. Per primera vegada des dels antics grecs, un model del sistema solar cau la figura del cercle per a les òrbites dels planetes.

Una el·lipse sembla un cercle aplanat. El diàmetre més gran es diu el gran eix, o l’eix principal, i el més petit de l’eix petit o menor eix. Una el·lipse té dues llars que es poden confondre (en el cas d’un cercle) o molt distants en el cas d’una el·lipse molt aplanada. L’excentricitat d’una el·lipse mesura el seu aplanament. Una el·lipse amb una excentricitat de zero és un cercle, una el·lipse amb una excentricitat propera a 1 és molt plana.

El·lipses
tres el·lipses amb creixents excentricitats (AG2GAEH CC BY-SA 4.0)

Gràcies a les dades Brahe, Kepler ha estat capaç de determinar l’excentricitat de les òrbites dels planetes coneguts.Resulta que alguns planetes, com Venus, tenen gairebé zero excentricitat i, per tant, estan en òrbites circulars. D’altra banda, altres planetes tenen excentricitats molt més grans. Mercuri, per exemple, té una excentricitat de 0,206.

Segona llei de Kepler

El segment correcte que connecta un planeta a escombraries de sol àrees iguals en temps iguals.

Aquesta llei vol dir que els planetes es mouen més ràpidament quan estan més a prop del sol. Kepler no proporciona una explicació vàlida per a aquest fenomen, era necessari esperar a Newton per obtenir una explicació física vàlida.

Il·lustració De les lleis de Three Kepler
Il·lustració de les tres lleis de Kepler (Hankwang CC BY-SA 3.0)

Aquesta llei ho fa és possible explicar la preferència del zodiacale. Quan el planeta és més lluny del Sol (en la seva posició anomenada Aphelia) va més lenta, de manera que es manté més contra les constel·lacions corresponents. A la seva posició més propera al Sol, la perihelia, el planeta va més ràpid i roman menor molt de temps respecte a les constel·lacions d’aquesta regió del cel.

Tercera llei de Kepler

El quadrat del període sideral d’un planeta és proporcional al cub de l’eix mig gran de la seva òrbita.

Aquesta llei, més matemàtica, diu bàsicament que com més un planeta està lluny del sol, més temps necessari per recórrer el sol és llarg. Aquesta concordança perfectament amb el fet que els planetes propers al Sol com Venus i Mercuri tenen períodes de cara inferior a l’any mentre els planetes més enllà del sol com Saturn i Júpiter tenen períodes de poques dècades.

Exercicis

  1. Com explica el model copernic el moviment retrògrad dels planetes?

  2. Expliqueu tres diferències entre el model Ptolomeu i el Model copernic.

  3. Quina idea estimada als antics grecs copernics conservats en el seu model?

  4. Dibuixa les línies de llocs d’interès Aneu de la Terra a un planeta superior en diferents moments per il·lustrar com s’explica el moviment retrògrad en el model de copernicus.

  5. veritable o falsa? El model de Copernic va permetre fer prediccions de la posició dels planetes molt més precisos que el model de Ptolemeu.

  6. Nomeni quatre observacions de Galilea i expliquen com van donar suport al model. De copernic.

  7. Establir l’excentricitat d’una el·lipse.

  8. Indiqueu les tres lleis de kepler.

Leave a comment

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *