piatok 20. septembra 2013

Nebeská mechanika stredoveku a Kopernikov heliocentrizmus



Časť druhá – Nebeská mechanika stredoveku a  Koperníkov heliocentrizmus

Motto k článku: „ Existuje dôvod na opatrný optimizmus, že môžeme byť blízko konca hľadania rozhodujúcich zákonov prírody"                          
                                                                                           Stephen Hawking

                        „Po zániku alexandrijského vedeckého strediska v roku 391 nášho letopočtumnohí alexandrijskí vedci emigrovali do Sýrie a Iránu „ – uvádza sa v Encyklopédii astronómie v stati  Astronómia stredoveku. Grécke astronomické diela sa začínali prekladať do sýrskeho jazyka a prenikať do arabskej oblasti. Pokračovateľmi  Ptolemaiovho diela sa stali nestoriáni v Sýrii , ale najmä Arabi v Bagdade a neskôr i v Strednej Ázii. Prostredníctvom nestoriánov sa dostal v 6. Storočí nášho letopočtu do arabskej kultúrnej oblasti Ptoleimaov spis „ Megalé syntaxis“ V Bagdade – hlavnom meste arabského kalifátu, bolo v roku 829 založené na dvore kalifa al-Mamúna  astronomické observatórium. A práve v tomto observatóriu – v rokoch 829-830  Al-Hujjaj Ibn Jusuf  - preložil Almagest zo sýrskeho textu. A tak sa toto dielo stalo známym aj v arabskom svete. Predstavy arabských astronómov o vesmíre ovplyvnila najmä Ptolemaiova geocentrická svetová sústava. Ako ukážku tohto vplyvu uvádzam nasledovné pasáže Encyklopédie Astronómie , pripisované arabským učencom.
         „ Porovnaním vlastných , veľmi presných pozorovaní s údajmi Almagestu , určil Al-Battáni (850-929) pomerne presnú hodnotu precesie (55“) ( súčasná hodnota je 5O,26“) a sklonu ekliptiky. Zostavil aj veľmi presné tabuľky pohybu Slnka a Mesiaca.
Al-Sufi (903-986) uskutočnil revíziu Hipparchovho katalógu hviezd a na základe nových pozorovaní určil presnejšie zdanlivú jasnosť hviezd.
Arabský astronóm z Egypta Ibn Junis –(950-1009) zostavil nové tabuľky pohybu planét ( Hakemitské tabulky )na základe dvestoročných arabských pozorovaní...
Rozvoj astronómie pokračoval aj v Číne. I Siň (683-727) –uskutočnil rozsiahle pozorovania polôh hviezd pomocou bronzovej armilárnej sféry a na ich základe vyslovil názor o vlastnom pohybe hviezd – o tisíc rokov skôr , než ich definitívne objavil E. Halley. Na observatóriu Kai-feng zaznamenal čínsky astronóm Jang Wei-T 4.júla 1054 vzplanutie supernovy , ktorej pozostatkom je Krabia hmlovina a pulzar NP 0532.
Začiatkom 14. Storočia – čínsky astronóm a matematik Kuo- Šou-Ting (1231-1316) zorganizoval rozsiahlu sieť astronomických observatórií a zostavil kalendár s dĺžkou roka 365,2425 dňa –zavedený v Číne v roku 1281. Svojou kvalitou sa kalendár prinajmenšom vyrovnal neskoršej gregoriánskej reforme...
V Európe bola astronomická aktivita v tomto období – veľmi nízka!!! Až po prvých križiackych výpravách v polovici 12.storočia – spoznali aj na západe Ptolemaiovo dielo „ Megalé syntaxis“ a to najmä z prác arabských astronómov. Niektoré astronomické diela preložili do latinčiny  - napríklad – Herman z Dalmácie ,Ptoleimaov Almagest preložil v Tolede v roku 1175 Gherardo de Cremona (1114-1187)  Almagest a komentáre k nemu boli hlavným prameňom učebníc astronómie v celo západnom svete. Prvou takouto učebnicou bol-Tractatus de Sphaera. Napísal ju Angličan Ioannes de Sacrobosco ,ktorý až do svojej smrti prednášal astronómiu na univerzite v Paríži.“
Za hlavné poslanie astronómie sa v tomto období pokladalo – zostavovať čoraz presnejšie tabuľky pohybu planét , pričom sa dôsledne vychádzalo z Ptolemaiovej predstavy svetovej geocentrickej sústavy. Po oslobodení španielskych krajín od Arabov – v polovici 14. Storočia , na príkaz kráľa Alfonza X. Kastílskeho (1226-1284) boli zostavené nové astronomické tabuľky „Alfonzínske tabuľky“ (1252) , ktoré sa používali v Európe celé dve storočia.
Avšak – vzrastajúce rozpory medzi tabuľkovými a pozorovanými hodnotami polôh planét , si vyžadovali z času-na čas – revíziu nielen tabuliek , ale aj Ptelemaiovho systému deferentov a epicyklov – zavádzaním ďalších korekčných epicyklov Tak sa nakoniec utvorila veľmi zložitá schéma obehu planét , Slnka a Mesiaca okolo Zeme. Táto sústava si vyžadovala až 80 kružníc epicyklov a deferentov. Ale napriek tomu – v roku 1310 uverejnil Pietro D Abano spis  „Lucidator astronómie“ , v ktorom vyslovil názor , že nebeské telesá nie sú upevnené na sférach , ale že sa pohybujú voľne v priestore.
O spresnenie geocentrickej svetovej sústavy sa zaslúžili aj nemeckí astronómovia –Georg von Peuerbach (1423-1461) , no najmä jeho žiak – Johan Muller (Regiomontanus 1436-1476) , ktorý krátko pôsobil aj v Bratislave (Academika Istropolitana). Ich „Norimberské tabulky“ Ephemerides Astronomicae (1474) bolo vrcholom a súčasne aj posledným úspechom astronómie pred M.Kopernikom.

Celkom nový pohľad na vesmír , ktorý sa definitívne rozchádzal s Ptolemaiovým geocentrickým systémom uverejnil v roku 1543 – poľský astronóm Nicollaus Copernikus  (1473-1543) vo svojom diele  De revolutionibus orbium coelestium libri VI ( O pohyboch nebeských sfér ) Mikuláš Koperník zomrel 24. Mája 1543- teda približne v rovnakom čase , ako jeho najväčšie dielo vyšlo v Norimbergu. Niektoré zdroje tvrdia , že sa tohto momentu dožil , iné zase tvrdia , že nie. To však nič nemení na fakte – že vyše 400 stranová kniha – De Revolutionibus Orbium Coelestium „ a jej autor , jeden z najväčších géniov ľudstva – zmenili svet. Vari najlepšie to vystihuje okrídlená veta – podľa ktorej bol Koperník človek , ktorý zastavil Slnko a rozhýbal Zem.

 Je nutné však poznamenať ,že Kopernik sa už počas štúdií zoznámil s myšlienkami antického filozofa – Aristarcha zo Samu , ktorý žil v 3. Storočí pred n.l. a považuje sa za tvorcu heliocentrického modelu vesmíru. Ako je známe – ako prvý sa pomocou meraní pokúsil určiť , aká je vzdialenosť medzi Zemou, Mesiacom a Slnkom , tiež pomer ich veľkostí a dospel k odvážnemu záveru , že Zem a ďalšie planéty obiehajú okolo Slnka. Tieto myšlienky však vyvolali pobúrenie. Aristarcha označili za bezbožného a jeho teórie zavrhli.  Kopernikov heliocentrický systém ( z gréc. helios –Slnko) možno zhrnúť do nasledujúcich téz či axióm :
              1. Zem vykonáva denný pohyb okolo svojej osi od západu na východ , čomu zodpovedá zdanlivý pohyb nebeskej sféry od východu na západ.
              2. Zem vykonáva rotačný pohyb okolo Slnka v smere od západu na východ , čomu zodpovedá zdanlivý pohyb Slnka v tom istom smere.
              3. Zemská os vykonáva rotačný kónický posun okolo kolmice k ekliptike v smere od východu na západ , čomu zodpovedá pozorovaný precesný pohyb.
              4. Všetky planéty sa pohybujú okolo Slnka tým istým smerom , zhodným so smerom pohybu Zeme okolo Slnka.
              5. Všetky planéty sa pohybujú celkom rovnomerne po kružniciach , ktorých stredy sú mierne excentricky položené , vzhľadom na stred Slnka.
              6. Stredy excentrických kruhových dráh planét  vykonávajú okolo stredu Slnka epicyklické pohyby (tento predpoklad musel Koperník zaviesť , ak chcel vysvetliť pozorovaný nerovnomerný pohyb planét pri zachovaní predstavy rovnomerného pohybu planét po kruhových dráhach. Tým ukázal , ktoré zdanlivé pohyby planét sú reálne a ktoré sú dôsledkom pohybu pozorovateľa.)
A tak sa stalo , že M. Kopernik – ako prvý v histórii podal v zásade správnu schému slnečnej sústavy – často sa preto oprávnene pokladá za objaviteľa slnečnej sústavy. Kopernik však aj veľmi presne určil aj pomerné vzdialenosti planét , pričom si zvolil za jednotku vzdialenosti dnešnú astronomickú jednotku - AJ (Stredná vzdialenosť Zeme od Slnka – 149,6 mil. km. ) Kopernikove relatívne vzdialenosti planét od Slnka sa len veľmi málo  odlišujú od hodnôt modernej astronómie. Niekoľko príkladov: planéta Merkur -0,395 (skutočná -0,387)
Planéta Venuša -0,719 (skutočná-0,723) ,planéta Mars -1,512 (skutočná-1,524) planéta Jupiter – 5,219 (skutočná -5,2O3)..
Dodajme záverom tejto pasáže úvah aj tieto nemenej zaujímavé fakty:
               V Encyklopédii astronómie – z ktorej sú čerpané uvádzané fakty a poznatky , sa k tomuto stavu uvádzajú tieto fakty:       Aj keď Kopernikov výklad pohybu planét okolo Slnka bol z vecného hľadiska v postate správny , z formálneho hľadiska Ptelemaiovu sústavu s množstvom epicyklov a deferentov ani veľmi nezjednodušil: na zladenie svojej teórie s pozorovaným nerovnomerným pohybom planét ,musel do   svojej heliocentrickej sústavy zaviesť až 48 epicyklov. V pôvodnej Ptolemaiovej sústave ich bolo 40. Ako sa ukázalo až neskôr , príčina tejto vynútenej zložitosti Kopernikovej sústavy nespočívala v podstate v jeho heliocentrickej sústavy , ale v tom , že v otázke tvaru dráh planét – zostal aj Kopernik verný aristotelovej predstave , podľa ktorej – jediným možným pohybom nebeských telies , je dokonalý pohyb – za ktorý sa pokladal iba pohyb po kružnici. Až 65 rokov , po Kopernikovej smrti – Kepler dokázal, že planéty sa nepohybujú po kruhových dráhach.
Kopernikov heliocentrický systém vyvolal na dlhý čas ostré kontroverzie , ba i represálie a popravy. Príčina odmietavého prístupu spočívala jednak vo vtedajších filozofických a náboženských predstavách o svete , ale aj v úrovni vtedajšej fyziky , ba i v samej stále ešte pozorovateľskej astronómii.
Z filozofického a náboženského hľadiska Kopernik vyvracal vžitý antropocentrický pohľad na svet so Zemou a človekom ako centrom celého vesmíru, spochybňoval dovtedy neotrasiteľnú Aristotelovu autoritu , ba aj spoľahlivosť biblie , ktorá sa považovala bza bezvýhradný a neomylný prameň všetkého poznania.
Najvášnivejší odpor proti Kopernikovmu dielu vyšiel preto z filozofických a náboženských kruhov. Martin Luther (1483-1446) – neskrýval svoje rozhorčenie nad Kopernikovým učením o pohybe Zeme , ktoré protirečilo biblii. Napísal aj toto: „ Ten hlupák chce rozvrátiť celé umenie astronómie „ alebo aj toto : „ Je verím Písmu svätému , lebo Jozue zastavil Slnko a nie Zem.“
Obdobne reagoval na Kopernikovo dielo aj kardinál Robert Bellarmin ,ktorý stál na čele cirkevnej kongregácie indexu zakázaných kníh vyjadril ešte zreteľnejšie stanovisko cirkvi  ku  Kopernikovmu  dielu .  Kopernikovo tvrdenie , že nie Zem ale Slnko je v strede sveta a že Zem obieha okolo Slnka – vyhlásil za „veľmi nebespečné stanovisko , ktoré musí pobúriť nielen všetkých scholastických filozofov a teológov , ale je aj urážkou našej svätej viery , lebo odporuje Písmu „
Niet sa teda čomu diviť , že všetky diela , ktoré obsahovali Kopernikovu nauku – dostali sa v roku 1616 na cirkevný index zakázaných kníh a zostali na ňom až do roku 1833.
Z astronomického hľadiska mal zásadné výhrady proti Kopernikovmu systému vynikajúci dánsky astronóm – Tycho Brahe (1546-1601) – považovaný za najlepšieho pozorovateľa všetkých čias , až do objavu ďalekohľadu. Svoje pozorovania robil najmä z hvezdárne Uranienborg na ostrove Hveen (dnes Ven) , ktorú začal budovať už v roku 1576. Je všeobecne známe aj to ,že posledné dva roky života pracoval v Prahe.
Tycho  Brahe odmietal Kopernikov systém aj preto , že svojimi presnými pozorovaniami nemohol zistiť nijaký náznak zdanlivého paralaktického pohybu hviezd po oblohe , ktorý by sa mal pri pohybe Zeme okolo Slnka prejaviť. Z jeho pozorovaní vyplývalo , že ak by sa Zem skutočne  pohybovala , potom zdanlivo nehybné hviezdy by museli byť od Zeme až 1000 – násobne vzdialenejšie ako Slnko. Takéto veľké vzdialenosti hviezd Ticho Brahe – verný aristotelovskej fyzike – kategoricky odmietal. Utvoril preto nový svetový systém , uverejnený v roku 1588 , ktorý bol svojim spôsobom kompromisom medzi Ptelemaiovým geocentrickým systémom a Kopernikový heliocentrickým systémom.
Planéty podľa tohto systému obiehajú síce okolo Slnka , ale spolu so Slnkom – obiehajú aj okolo nepohyblivej Zeme , ktorá sa samozrejme nachádza v strede vesmíru.
Tento – heliogeocentrický systém vyzeral podľa jeho tvorcu takto. Svetový systém Tycha Braheho bol určitý čas populárny v Anglicku , čoskoro však stratil nadobro svojich prívržencov
.
Presné pozorovania planét ,ktoré po sebe Tycho Brahe zanechal sa však stali pre jeho následníkov – no najmä Keplera – východiskovým materiálom na nesporný dôkaz  správnosti kopernikovej heliocentrickej sústavy.
Záverom tohto pohľadu do histórie , je treba uviesť ešte jeden fakt.
Medzi propagátorov Kopernikovho učenia sa zaradil aj taliansky mních a filozof – Giordano Bruno (1548-1600) , ktorý v porovnaní s Kopernikom navyše správne tvrdil – že ani Slnko nie je stredom vesmíru , ale len jednou hviezdou z nekonečna hviezd vesmíru , z ktorých mnohé môžu mať aj svoje planetárne systémy s obývanými svetmi.
G.Bruno uverejnil svoje názory v roku 1584 , neskôr – ako je z histórie už známe ho inkvizícia odsúdila ako kacíra a 17. Marce v roku 1600 ho upálila na Kvetnom námestí v Ríme.
Medzi ďalších veľkých obhajcov Kopernikovho systému , sa zaradil aj zakladateľ modernej prírodovedy – Galileo Galilei (1564-1642). Krátko po objave ďalekohľadu Hansom Lippersheym (1560-1619) skonštruoval Galilei trojnásobne zväčšujúci ďalekohľad (1609) a neskôr aj ďalšie – zväčšujúce až 30-násobne.(1610) Svojimi ďalekohľadmi veľmi skoro objavil aj 4 mesiace , obiehajúce okolo planéty Jupiter , čo bol dôkaz toho , že existujú telesá , ktoré neobiehajú okolo Zeme, objavil aj fáze Venuše , potvrdzujúce obeh Venuše okolo Slnka  ďalej- objavil aj škvrny na Slnku , čo bolo dôkazom toho ,že Slnko nepozostáva z dokonale čistého éteru , tak ako tvrdil Aristoteles. Je objaviteľom aj veľkého počtu hviezd v Mliečnej ceste – dôkaz toho , že zdanlivá sféra hviezd je oveľa rozsiahlejšia.
Svoje objavy uverejnil Galileo Galilei až v roku 1610 – v diele „Sidereus nuntis“ (Hviezdny posol). Galilei vynaložil nemálo úsilia , aby dokázal správnosť heliocentrizmu. Všemožne sa snažil zabrániť aj hroziacemu cirkevnému zákazu heliocentrizmu, no napriek tomu – osobitná komisia pápeža Pavla V. – heliocentrický názor zavrhla a zakázala. Zákaz obhajoby myšlienok heliocentrizmu – postihol aj Galileiho  v dôsledku čoho sa prechodne odmlčal. No v roku 1632 uverejnil dielo „ Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo ,tolemaiko e copernico“ – v ktorom uviedol presvedčivé argumenty v prospech Kopernikovho heliocentrizmu. Avšak , krátko nato ho inkvizícia odsúdila a slávnostnou prísahou potupne donútila potvrdiť – že sa zrieka Kopernikovho „bludného učenia“ o pohybe Zeme (1633). Posledné roky života strávil Galilei v domácom väzení v Arcetri pri Florencii. Ani tu sa však nevzdal svojej vedeckej práce.
Pokračoval v štúdii zákonov mechaniky, už pred tým objavil zákon voľného pádu . zistil zákony kyvadlového pohybu ,šikmého vrhu , sformuloval zákon o zotrvačnosti pohybu. Na konci života Galilei oslepol. Zomrel v roku 1642. O rok neskôr sa narodil veľký pokračovateľ jeho diela – I. Newton.
Prvá polovica 17. Storočia sa prejavila okrem iného – aj nebývalým rozkvetom pozorovacej techniky. Po Tychovi Brahe sa o rozvoj pozorovacej astronómie veľkou mierou zaslúžil aj poľský astronóm Johanes  Hevelius.(1611-1687) , ktorý podrobne opísal najmä tvary a detaily mesačného povrchu v diele „Selenografia“(1647). Na viac – v rokoch 1654-1668 – uverejnil súborný prehľad o dovtedajších pozorovaniach komét a vyslovil názor , že kométy sa pohybujú po parabolických dráhach. Zostavil katalóg presných polôh 1564 hviezd.
Medzi prvých významných astronómov , ktorí po Galileim začali používať ďlekohľady na astronomické pozorovania patrili aj:
Simon Marius –ktorý nezávisle od Galileiho objavil Jupiterove mesiace a v roku 1612 – Veľkú hmlovinu v Andromede, CHristoph Scheiner –ktorý objavil v roku 1611 slnečné škvrny a napísal o tom aj systematické dielo „ Rosa ursina“ (1631) , Johann Baptist Cysatus – objaviteľ Veľkej hmloviny v Andromede...
Ďalšie zdokonaľovanie ďalekohľadov malo zásadný význam na rozvoj astronómie .Astronomické ďalekohľady rozhodujúco ovplyvnil objav zákona lomu svetelných lúčov na rozhraní dvoch optických prostredí. Dospel k nemu v roku 1637 veľký zástanca Kopernikovho heliocentrického systému –René Descartés  (1596-1650).
Prvý vláknový mikrometer ( umiestnený v okulárovej časti ďalekohľadu) ktorý umožnil merať pozície s presnosťou na 1“ – zostrojil William Gascoigni.  Kyvadlové hodiny s izochrónnym kyvadlom – na presné meranie času skonštruoval v roku 1657 Christian Huygens. Na základe optických pozorovaní zhotovil Issac Newton (1643-1727) – prvý zrkadlový ďalekohľad  Newtonovho typu (1668)...
Výkonné ďalekohľady a presné meracie prístroje – umožnili množstvo nových – neočakávaných objavov. Ch. Huygens –objavil v roku 1655 najväčší Saturnov mesiac – Titan a hneď potom aj prstence. Taliansky astronóm Giovanni Domenico Cassini- (1625-1712) riaditeľ parížskeho observatória – objavil ďalšie štyri Saturnove mesiace a z pozorovaní Marsu , určil na základe 3. Keplerovho zákona pomerne presnú hodnotu astronomickej jednotky (1672). O niekoľko rokov neskôr na parížskom observatóriu určil O. Ch.Romer – rýchlosť svetla –na základe pozorovania zatmení Jupiterových mesiacov. (1676). Na Greenwichskom observatóriu – zostavil John Flamsteed  (1646-1719) hviezdny katalóg „Historia Coelestis Britannika“ s presnými polohami 2866 hviezd. James Bradley –objavil v roku 1725 aberáciu svetla hviezd a v roku 1747 – nutáciu zemskej osi s periódou 19 rokov. Veľmi presnú hodnotu Slnečnej paralaxy  odvodil v roku 1769 Nevil Maskeline (1723-1811) z pozorovaní prechodu Venuše pred Slnkom „
 Túto časť príspevku , ktorá je zameraná na „stredovek astronómie“ je orientovaná výrazne faktograficky , čoho dôsledkom je aj takmer úplná citácie pasáží z knihy „Encyklopédia astronómie“ z roku 1987.

Žiadne komentáre:

Zverejnenie komentára