Záhada nebeskej mechaniky
– alebo – tajomstvo pohybu telies v Slnečnej sústave, nevyriešený problém
stability Slnečnej sústavy
Motto k článku: „ Ľudstvo neostane
večne na Zemi , ale pri hľadaní svetla a priestoru placho prenikne za hranice atmosféry a neskôr ovládne celý priestor v blízkosti Slnka"
Konstantín Ciolkovkij
Časť prvá: Vývoj poznatkov o „
Nebeskej mechanike „ v staroveku
Ako astronóma amatéra – za ktorého sa
od istého času považujem – ma v odbornom periodiku „Kozmos“ č. 1 z obdobia mesiacov február - marec 2O13 obzvlášť zaujal a upútal výsostne
odborný článok autora Milana
Rybanského , ktorý mal názov „
O probléme n telies v nebeskej mechanike „ Článok – ako uvádza sám autor je
venovaný nevyriešenému problému v nebeskej mechanike – stabilite slnečnej
sústavy – teda zásadnej otázke – či planéty Slnečnej sústavy boli od
počiatku existencie sústavy v podobnej konfigurácii a či môžeme
i naďalej očakávať, že to tak zostane“.
Odozvou na tento článok , či
príspevok p. Rybanského bol v tom istom periodiku Kozmos
č.4 z augusta a septembra 2013 uverejnený príspevok autora Petra Zimnikovala , ktorý mal názov
„Pohyb telies v Slnečnej sústave“. Po podrobnejšom a dôslednejšom
preštudovaní obsahu oboch článkov , som prišiel k uzáveru , že ich
postupnosť publikovania mala byť podľa môjho názoru v presne opačnom
poradí – ako sa to stalo v uvedenom odbornom periodiku.
Či zvolený postup poradia publikácie
oboch článkov , bol zámerom tvorcov
osnovy jednotlivých čísiel tohto periodika , alebo nie , nehodlám vo svojom
príspevku s ich tvorcami
polemizovať. Iba vo všetkej skromnosti – len maličká poznámka k metodike výkladu – aj tu platí určitá postupnosť
či zákonitosť - ide sa od
jednoduchšieho – k zložitejšiemu ,alebo – najprv popíšem stromy , až potom bude nasledovať les. A týmto „stromom“ v lese je pre
mňa článok P. Zimnikovala. Je teda
celkom logické , že týmto článkom by som chcel svoj príspevok k tejto
údstvotematike aj začať. Za základný
cieľ môjho príspevku si kladiem v prvom rade –popularizáciu tejto výsostne
odbornej témy medzi „ menej erudovaným publikom“ (do ktorého sa samozrejme
zaradujem aj ja) a v druhom
rade mi ide o určitý stupeň rozšírenia poznatkov v článkoch
uvádzaných v periodiku „Kozmos“č 1 a č.4.
K svojmu životnému jubileu – 50 rokov – som
v práci od kolegov pedagógov dostal (na vlastné želanie) okrem iného – aj
knihu „Encyklopédia Astronómie“ vydavateľstva Obzor . Kniha bola vydaná v roku
1987. Citát z tejto knihy –( aj s patričným obrázkom mal názov „problém dvoch telies“
) použil aj autor článku
o pohybe telies v Slnečnej sústave – p.P.Zimnikoval. V úvode môjho príspevku k tejto tematike
si dovoľujem použiť niekoľko pasáží z príspevku autora.
„Obloha
bola už od počiatku existencie človeka dôležitou súčasťou jeho bytia“ – píše autor v úvode svojho
článku. „Slnko prinášajúce teplo
a svetlo, striedal chlad nočnej oblohy posiatej hviezdami a často aj
so svetlom prinášajúcim Mesiacom. Obloha sa tak stala veľmi významnou súčasťou
životného prostredia ľudstva. Bola zdrojom obdivu a zároveň aj zdrojom
strachu – vyplývajúceho z nepochopiteľnosti javov, ktorým sa pripisoval
nadprirodzený pôvod. Preto bola (obloha) vo všetkých kultúrach spájaná
z božstvami. Obloha slúžila ako hodiny a tiež ako kalendár“
„Tisícročia panoval geocentrický názor“ –píše ďalej autor –„ Zem bola vnímaná ako plochá doska s koncom ,
lebo nebolo v moci človeka spoznať , že to môže byť inak. Rotácia Zeme,
ktorú vôbec nepociťujeme, vyvoláva dokonalú ilúziu o tom, že všetky
vesmírne telesá obiehajú okolo nás. Mnohé staroveké civilizácie poznali
niektoré zákonitosti oblohy, ako sú zvláštnosti v pohybe Mesiaca
a striedania jeho fáz .Pozornosť upútavali tiež planéty ,pohyb ktorých
zdanlivo nepodliehal žiadnym pravidlám.
Obloha – podľa vtedajších predstáv – pozostávala zo sfér jednotlivých telies
a hviezd a keďže jej spravovanie prináležalo božstvám – sféry bolo
ideálne, teda kruhové. Nepravidelnosti v pohybe planét sa podarilo
vysvetliť – pohybom týchto telies po dvojici kružníc, nazvaných epicyklus
a deferent. Dnes sa nám takýto prístup zdá zvláštny, no relatívny pohyb planét, Slnka a Mesiaca , vzhľadom
na Zem, veľmi pripomína staroveké aj stredoveké metódy pohybu telies
v Slnečnej sústave“ – konštatuje autor článku v jeho úvodných
pasážach.
Za zmienku(podľa mňa) iste stojí pokus – pozrieť sa bližšie
na spomínané (ale nepopisované) staroveké a stredoveké metódy skúmania
vesmíru a tak
trochu načrieť do dejín astronómie.
„Astronómia je jedna z najstarších vied“ – uvádza sa v Encyklopédii astronómie , v stati – „ Z dejín Astronómie“ Stopy
začiatkov astronómie nachádzame v záznamoch najstarších civilizácií. Ako prírodná veda – v dnešnom chápaní
sa však začala rozvíjať až v 16. Storočí , prácami M.Kopernika ,neskôr
G.Galileiho, J. Keplera a I. Newtona. Najstaršie svedectvá
o pozorovaní nebeských telies , ako aj prvé nesporné astronomické poznatky
nachádzame u starých kultúrnych národov – akými boli Sumeri, Babylončania a Čínania (v Ázii) , Egypťania (v Afrike),
Mayovia (v Amerike), či Briti v Európe.
Obrábanie pôdy a pestovanie poľnohospodárskych plodín si jednak vyžadovali
usadlý spôsob života , no a s tým aj snahu – pochopiť
a predvídať pravidelne sa opakujúce javy prírody a oblohy.
K kapitole – Začiatky astronómie
sa ďalej uvádza:
„ Pravdepodobne už v 5. Tisícročí pred n.l. sa
začal používať na astronomické merania –
gnómon – najstaršie astronomické zariadenie , ktoré tvorí tyč postavená
zvisle na vodorovnej doske a zakončená ihlanom. Smer tieňa , ktorý vrhá
tyč na plochu udáva azimut , dĺžka tieňa závisí od výšky telesa vrhajúceho
tieň. Približne 4000 rokov pred n.l.
mali Sumeri už celkom presnú predstavu o štyroch svetových
stranách. Egypťania v tom čase už vedeli , že rok trvá 365 dní , že
každoročne , tesne pred záplavami Nílu , sa ukáže na rannej oblohe hviezda
Sírius (v Egypte známa ako Sotis) a to približne po 70-dňovom období neviditeľnosti
( 19. Júla – heliaktický východ Síria) Na 15. Február 3379 pred n. l.
pripadá prvá písomná správa Mayov
o zatmení Mesiaca. ( Ide však zrejme o spätný výpočet zatmenia ,
z oveľa neskoršej mayskej kultúry). V starovekom Egypte už v 3.
Tisícročí pred n.l. , používali na meranie času cez deň slnečné hodiny. V období rokov 277-2400 pred n.l.
využívali Egypťania astronomickú orientáciu podľa svetových strán pri stavbe
pyramíd. Na rok 2461 pred n.l. pripadá
prvá zaznamenaná konjunkcia planét v čínskych análoch. (Aj tu však ide
zrejme o spätne vypočítaný jav) Babylončania
už v období 2400-2200 pred n.l. poznali 5 „blúdivých hviezd“ – planét a mali už určitú predstavu
o ekliptike a hviezdnu oblohu rozdelili na súhvezdia s názvami ,
ktorých väčšina sa zachovala dodnes...Približne
2000 rokov pred n.l. starí Číňania
poznali pohyb Slnka už tak presne, že mohli predpovedať zatmenia Slnka
i Mesiaca.( Na chybu vo výpočtoch zatmenia Slnka – doplatili životom
v roku 2137 pred n.l. – cisárski dvorní astronómovia Hi a Ho – lebo si nesplnili povinnosť , nahlásiť zatmenie
Slnka vopred). Z obdobia rokov 1900
pred n.l. – pochádza monumentálna kamenná stavba – Stonehenge pri Salisburi
v juhozápadnom Anglicku – ktorú používali Briti nielen na náboženské
obrady , ale nesporne aj na astronomické pozorovania“
V Mezopotánii bola v 8.
Storočí pred n.l. zavedená pravidelná astronomická pozorovacia služba, ktorá sa
udržala až do polovice 3. Storočia pred n.l. Najstaršie spoľahlivo datované pozorovanie úplného zatmenia Slnka
v Mezopotámii sa uskutočnilo 15.júna 763 pred n.l. a z roku 721
pred n.l. pochádza prvá správa o pozorovaní zatmenia Mesiaca.
Babylonskí astronómovia vyvinuli veľké úsilie na dosiahnutie čo najväčšej
presnosti astronomických pozorovaní. Polohu
nebeských telies vedeli určiť s presnosťou na 6 minút , čas
s presnosťou na 0,75 minúty. Zistili , že synodický mesiac trvá 29 dní, 12
hodín 44 minút a 7,5 sekundy , čo sa len o niekoľko sekúnd ( 4,6
s ) odlišuje od moderne určenej hodnoty tejto veličiny.
Najväčším úspechom babylonskej astronómie – bol objav a presné
určenie periodicity zatmení Slnka a Mesiaca. ( Saros ,trvanie 223 synodických
mesiacov = 18 rokov a 11,3 dňa )...
„ Aj keď Babylončania
a ostatné staroveké národy veľmi prispeli k rozvoju astronómie – až Gréci priviedli
astronómiu na kvalitatívne vyššiu úroveň. Prudký rozvoj astronómie
v Grécku nastal v 6.storočí pred n.l. Významnou črtou Gréckej
astronómie bol prechod od metódy pozorovania
a registrovania javov na oblohe – k hľadaniu ich príčin a k pokusom
o ich systematický , vedecký výklad „
To čo je v tejto fáze nášho
bádania po stopách vývoja astronómie najpodstatnejšie – je nesporne fakt , že Gréckej astronómii vďačíme za utvorenie
geocentrického svetového systému
( z gréckeho – geos = Zem ) Na úvod – niekoľko príkladov – tak ako ich
uvádza „ Encyklopédia astronómie“ v stati „ Ptolemaiov
geocentrizmus Táles z Milétu ( asi 625-547 pred n.l.)
pozoroval 18. Mája 603 pred n.l. veľké zatmenie Slnka a úspešne ho
predpovedal na deň 28.mája 585 pred n.l. Dokázal tiež , že hviezdy svietia
svojim vlastným svetlom , kým Mesiac – iba odrazeným svetlom Slnka. Avšak – Zem
ešte stále pokladal za plochú dosku , plávajúcu na vodách. Anaximandros (asi 611-546 pred n.l.) ako prvý jasnejšie formuloval geocentrickú predstavu , podľa ktorej Zem
je centrálnym telesom celého viditeľného sveta.
Pytagoras (asi 580-500 pred n.l.) – podľa všetkého – ako prvý vyslovil myšlienku , že Zem je
guľa , ktorá sa nachádza v strede vesmíru. Ďalší pytagorovec Filolaos – sformuloval svetový
systém s centrálnym ohňom v strede vesmíru , okolo ktorého obieha Zem,
hypotetická Protizem – presne na opačnej strane ohňa (ktorú vraj preto nemožno nikdy zo
Zeme vidieť) a taktiež Slnko,
Mesiac a ostatné planéty. Vyslovil tiež myšlienku , že Zem sa otáča okolo
svojej osi.
Demokritos (asi 460-370 pred n.l.) –učil , že vesmír je nekonečný a že je v ňom nekonečné množstvo
svetov. Mliečnu cestu v podstate správne vysvetlil ako súbor veľkého
množstva hviezd
Eudoxos z Knidu ( 408-355 pred n.l.) , žiak gréckeho
filozofa Platóna (427-347
pred n.l.) , ktorý poznal nepravidelnosti zdanlivého pohybu planét – položil vedecké základy astronómie .Utvoril prvú geocentrickú teóriu pohybu
Slnka , Mesiaca , planét a hviezd okolo Zeme. Predpokladal , že tieto
telesá obiehajú okolo Zeme po kruhových dráhach , vďaka tomu , že sú pripevnené
na pevných koncentrických sférach, otáčajúcich sa okolo Zeme.
Ďalší rozvoj astronómie v starom
Grécku a neskôr aj v celej Európe – veľmi výrazne ovplyvnili myšlienky génia staroveku Aristotela (384-322 pred n.l.) Tento grécky filozof
systematicky usporiadal všetky dovtedajšie poznatky o vesmíre
a o pohybe telies. Z pozorovaní
tieňa Zeme pri zatmení Mesiaca – ako prvý
odvodil experimentálne guľový
tvar Zeme. Jeho geocentrický vesmírny
systém bol zhrnutý takto: Nehybná Zem je v jeho systéme centrom celého
vesmíru. Okolo Zeme obiehajú po dokonalých kruhových dráhach , na
koncentrických pevných sférach – Mesiac , Slnko a päť vtedy známych planét
( Merkúr, Venuša, Mars, Jupiter a Saturn ), každá z nich na ďalšej
sfére. Najďalej od Zeme je sféra „ nehybných hviezd“. Aristoteles rozlišoval tkz. sublunárnu
oblasť (od Zeme po sféru Mesiaca) a supralunárnu oblasť – nad sférou Mesiaca. Sublunárnu oblasť tvorili
podľa jeho predstavy štyri základné elementy : oheň, voda, vzduch a zem.
Supralunárnu oblasť tvoril absolútne beztiažový éter, z ktorého pozostáva
Slnko i každá z hviezd. Kométy považoval za krátkodobé
atmosferické javy a Mliečnu cestu –
za éterické výpary, vyvolané rýchlym pohybom hviezd okolo Zeme. Pohyb Zeme vo vesmíre Aristoteles kategoricky popieral...
Aristotelove názory ovplyvnili astronómiu takmer na dve tisícročia!!!
Avšak Aristotelov svetový systém
s jednoduchými kruhovými dráhami planét okolo Zeme – nebol schopný
vysvetliť pozorované pohyby planét po oblohe. Herakleides
z Pontu sa usiloval vytvoriť novú svetovú sústavu ,ktorá by bola
v lepšom súlade s pozorovaniami. ( jeho sústava sa odlišuje od
Aristotelovej najmä tým, že v nej Merkúr a Venuša obiehajú okolo
Slnka a spolu s ním aj okolo Zeme. Vyslovil však tézu o rotácii Zeme!!!
Aristarchos zo Samosu (320-250 pred n.l. ) ako jeden z najvýznamnejších
astronómov antického sveta –vyslovil prvý heliocentrickú predstavu a to tým, že Zem
sa pohybuje okolo nehybného Slnka.( po grécky – helios) Často sa
preto nazýva „ Kopernikom staroveku“( jeho heliocentrické predstavy sa však
neujali, práve pre veľkú Aristotelovu autoritu.
Začiatkom 3.storočia (po rozpade ríše
Alexandra Veľkého ) – bolo v Alexandrii založené vedecké stredisko
„Museion“ s bohatou knižnicou. ( knižnica mala koncom svojej existencie
oklo 700 000 zväzkov.)Pôsobilo v nich veľa vynikajúcich vedcov.
Veľkým úspechom alexandrijskej
astronómie – bolo pomerne presné určenie rozmerov Zeme.
Uskutočnilo sa okolo roku 240 pred n.l. Eratosténes
z Kyrény
(276-194 pred n.l.) –na základe
pozorovaní rozdielnej výšky Slnka napoludnie v Alexandrii
a v Syene (Asuán) – položenej
850 km južnejšie. .. ( Eratostenes zistil, ťe v čase keď bolo
Slnko v Syene v zenite , v Alexandrii bolo vzdialené od zenitu
7,2 stupňa. Keďže uhol 7,2 stupňa je 1/5O
celkovej kružnice – vypočítal, že obvod Zeme je 50- násobok vzdialenosti
Alexandrie od Syeny.) Podľa tohto výpočtu by obvod Zeme predstavoval hodnotu 42 500 km. Skutočný obvod je 40 O75 km – merané na rovníku Zeme.
Okolo roku 200 pred n.l. – Apolónius
z Pergé (asi 262-190 pred n.l.) – vynašiel astroláb – prístroj na meranie výšky hviezd
a vypracoval teóriu epicyklov.
Vynikajúcim alexandrijským astronómom
bol Hipparchos
z Nikaie ( 190-125 pred n.l.) – ktorý sa často nazýva „otcom astronómie“ Hipparchos zostrojil
nové, presnejšie meracie prístroje a sám bol neúnavným a presným
pozorovateľom. pomalý posun svetového Zostavil
hviezdny katalóg (850 hviezd) ktorého presnosť bola prekonaná až v 16.
Storočí. Na určenie jasnosti hviezd, zaviedol stupnicu hviezdnych veľkostí –
používanú doteraz. S presnosťou na desať percent určil vzdialenosť Mesiaca
od Zeme , s presnosťou na šesť minút vypočítal dĺžku roka, objavil
precesiu- pomalý posun pólu po kružnici a teda i posun
priesečníka ekliptiky so svetovým rovníkom. Obzvlášť významným Hipparchovým príspevkom bolo zavedenie predstavy
o pohybe planét po excentrických dráhach. Planéty sa podľa neho
pohybujú síce po kružniciach , ale stred týchto kružníc je mierne odchýlený od
stredu Zeme. Na vysvetlenie jemnejších
diferencií v pozorovaných pohyboch planét – zaviedol Hipparchos predstavu
pohybu planét po doplnkových malých kružniciach – epicykloch , ktorých stredy sa pohybujú okolo Zeme – po mierne
exentrických veľkých kružniciach –deferentoch.
„Vyvrcholením alexandrijskej astronómie „ uvádza sa ďalej v Encyklopédii astronómie –
„ bolo
utvorenie pomerne dokonalej teórie pohybu planét v rámci geocentrickej
svetovej sústavy. Podrobný výklad tejto sústavy podal Klaudios Ptolemaios - v diele Almagest ( pôvodný názov „ Megalé
syntaxis“ – Veľká stavba – v arabčine – Al Magest , v latinčine
–Almagestum ). Toto dielo možno oprávnene pokladať za encyklopédiu celej
antickej astronómie. Iste stojí za to – zoznámiť sa s týmto dielom
podrobnejšie.
Dielo Almagest pozostáva z 13 kníh.
1. kniha –
rozoberá základy sférickej astronómie a Ptoleimajovu sústavu.
2. kniha – rieši problémy sférického trojuholníka
– vo vzťahu k pólu
3. kniha - rozoberá pohyb Slnka
4. kniha – obsahuje
základy teórie Mesiaca a Slnka
5. kniha –
opisuje používanie a konštrukciu astronomických meracích prístrojov
(astrolábu, kvadrantu...)
6. kniha – obsahuje
tabuľky Mesiaca a jeho zatmení
7. a 8. Kniha – sa zaoberajú hviezdami , precesiou , Mliečnou cestou , východom
a západom Slnka a uvádzajú
Katalóg 1025 hviezd
pre 48 súhvezdí s polohami pre epochu 138,0 n.l.
9. kniha –
obsahuje výklad poradia sfér planét a pohybu Merkúra
10. kniha- rozoberá
pohyb Venuše a Marsu
11.kniha –
popisuje pohyb Jupitera a Saturna s tabuľkami planét
12.kniha –
vysvetľuje retrográdny pohyb planét
13.kniha –
rozoberá problém ich šírky
Z uvedených faktov
a poznatkov je zrejmé , že Ptolemaios prijal vo svojom diele – Aristotelov
názor o výsadnom postavení Zeme vo vesmíre , ako aj Hipparchovu predstavu
o pohyboch planét po epicykloch. Základné
tvrdenia Ptelemaiovej geocentrickej
ústavy , možno zhrnúť takto: 1.Zem je guľa , 2. Zem sa nachádza
v strede nebeskej sféry. 3. Zem nevykonáva nijaký postupný pohyb, 4.
Všetky nebeské telesá sa pohybujú tak, že ich pozorovaný pohyb možno vysvetliť
radom kruhových pohybov, 5. Planéty sa pohybujú po epicykloch , ktorých stredy
obiehajú okolo Zeme po vyšších kružniciach – deferentoch, 6. Stredy obežných
epicyklov Merkúra a Venuše sa pohybujú vždy v smere Slnka, pričom
obehnú okolo Zeme po deferentoch za rovnaký čas ako Slnko. 7. Mars, Jupiter
a Saturn vykonajú jeden obeh po svojich epicykloch práve za jeden rok...
8.dráha Slnka a Mesiaca je vzhľadom na stred Zeme položená excentricky.
Treba však ešte uviesť jeden dôležitý
aspekt – na vierohodné vysvetlenie všetkých pozorovateľných nepravidelností
v pohybe planét – musel Ptoleimaos zaviesť vo svojom systéme až 40
epicyklov (neskôr sa ich počet ešte zvýšil ) Avšak tabuľky polôh planét –
zostavené podľa tohto systému – pomerne dobre zodpovedali pozorovaným polohám
planét. Aj keď Ptoleimaos nepoznal vzdialenosti planét , ba ani vzájomné vzťahy
týchto vzdialeností –na základe pozorovaní však mohl metódou postupných
priblížení – odvodiť pomer medzi polomerom epicyklu a deferentu pre
jednotlivé planéty. Dostal tak tieto hodnoty : Merkur – 0,376 , Venuša -0,720 ,
Mars 0,658 , Jupiter 0,172 , Saturn – 0,103 (hodnoty vcelku presne platia iba
pre planéty Merkur a Venuša – Merkur=0,387 AU , Venuša= 0,723 AU ) S malými úpravami a spresneniami
epicyklov – pretrvala Ptolemaiova geocentrická sústava až do 16. Storočia.
V tejto časti úvodného článku k starovekej
Nebeskej mechanike sa priam núka – vrátiť sa k článku autora P.
Zimnikovala , kde uvádza aj tento zaujímavý postreh , či poznatok:
„ Nepravidelnosti v pohybe planét sa podarilo vysvetliť pohybom
týchto telies po dvojici kružníc – nazvaných epicyklus a deferent. Dnes sa
nám takýto prístup zdá zvláštny , no relatívny pohyb planét, Slnka
a Mesiaca vzhľadom na Zem – veľmi pripomína staroveké a stredoveké
modely pohybu telies v Slnečnej sústave. Na
tomto obrázku je relatívny pohyb Slnka a blízkych planét vzhľadom na Zem – v období od začiatku
roku 2012 – do konca roka 2014. Krivky ktoré planéty vykreslia, sa veľmi
podobajú na pohyb telies po spomenutých epicykloch a deferentoch „
Žiadne komentáre:
Zverejnenie komentára