GENIJI ASTRONOMIJE: Revolucija koju nije zaustavila ni crkva, ni inkvizitori

Mehanizam koji je pokrenula kopernikanska revolucija nijesu mogle zaustaviti ni crkva ni njeni inkvizitori, ali je plaćena cijena u vidu mnogih ljudskih života.

Priču počinjemo životom i djelom Nikole Kopernika koji je rođen u mjestu Torun, Poljska, 19. februara 1473.

Zahvaljujuću bogatstvu porodice iz koje je potekao, mogao je da studira slikarstvo, matematiku, medicinu i pravo i tako je stekao prvorazredno obrazovanje. Astronomijom je počeo da se bavi krajem svojih dvadesetih godina. U to vrijeme bilo je očigledno da su tabele sa kretanjima planeta, napravljene po Ptolomejevom modelu vasione, ustvari netačne. Kopernik je zaključio da bi se kretanja planeta mogla lakše objasniti kada bi se primjenio model u kojem bi Sunce bilo u centru Sunčevog sistema, kako je prije nekih 1800 godina predložio Aristarh. I tako je počeo da razvija model za praćenje položaja planeta sa Suncem u centru sistema.

Oklijevao je da objavi svoje radove, plašeći se da bi ga, kada bi objavio da se Zemlja kreće, proglasili za bezbožnika. Svejedno, raspravljao je o ovome sa drugim učenim ljudima i njegov rad je privukao veliku pažnju. Na podsticaj kolega naučnika, među njima i nekih visokih crkvenih velikodostojnika, konačno je pristao da objavi knjigu u kojoj opisuje svoj model. Knjiga pod naslovom “De Revolutionibus Orbium Caelestium”, ili “O kretanjima nebeskih sfera” objavljena je 1543. Prema legendi, Kopernik je prvi put vidio knjigu u istom danu kada je i umro – 24. maja 1543.

Osim što je imao estetske prednosti, heliocentrični sistem je omogućio Koperniku da na matematičkim postavkama objasni periode kretanja planeta na njihovim orbitama oko Sunca, kao i vrijeme kada će se pojedina tijela naći u “punoj” fazi (direktno naspram Sunca na nebu). Takođe, uz pomoć geometrije mogao je da izračuna udaljenosti planeta od Sunca na osnovu razdaljine Zemlja-Sunce, (to jest, udaljenost u astronomskim jedinicama). Međutim, ni tek objavljeni Kopernikov model nije se pokazao mnogo bolji od Ptolomejevog. Ispostavilo se da je i ovaj model komplikovan, jer je i Kopernik kao i drevni grčki preci, zamišljao da se kretanja na nebu odvijaju u savršenim krugovima.

Ali, pošto težnja u savršenost vodi u pogrešnom smjeru i imajući u vidu da u stvarnosti orbite nijesu krugovi, Kopernik je morao da dodaje krug na krug u svom sistemu, baš kao i Ptolomej – neki bi rekli da je u stvari samo prekopirao svog predhodnika.

Zbog ovoga je u narednih 50 godina Kopernikova knjiga uspjela da ubijedi tek mali broj ljudi da je ovaj pristup bolji, piše Astronomski magazin. Jer, zašto bismo odbacili hiljadu godina tradicije za neki novi sistem sa kojim takođe imamo problem da predvidimo kretanja planeta?

Tiho Brahe: Najveći posmatrač predteleskopske ere

U težnji da poboljšaju bilo Ptolomejev bilo Kopernikov sistem, astronomi tog vremena najviše su imali problema sa nedostatkom pouzdanih podataka. Teleskop još nije bio izumljen, a postojeći podaci zasnovani na posmatranjima golim okom nijesu bili vrlo precizni. Kasnih 1500-tih godina, danski plemić po imenu Tiho Brahe (1546-1601) latio se posla da ispravi ovaj problem.

Tiho je, još kao dječak, zavolio astronomiju ali nije nailazio na podršku u svojoj porodici. O tome je morao da ćuti, kao i da krije knjigu sa minijaturnim modelom nebeskih sazvežđa iz koje je učio. Onda je 1563. odlučio da posmatra konjukciju Jupitera i Saturna, koja se te godine naveliko očekivala. Na njegovo veliko iznenađenje, do konjukcije je došlo tek čitav mjesec kasnije nego što se očekivalo. Riješio je da nešto uradi po pitanju astronomskih predviđanja, te je počeo uredno da bilježi i čuva rezultate pažljivih posmatranja sa položajima zvijezda i planeta na nebu.

Tiho je bio plemićke krvi, te je samim tim često bio ohol i nadmen zbog svoje učenosti. U 20-toj godini imao je obračun sa studentom kolegom oko toga ko je bolji matematičar. U duelu sa sabljama ostao je bez vrha nosa, koji je nadomjestio novim od zlata i srebra. Ugled mu je naglo porastao 1572. kada je na nebu vidio nešto što je nazvao “nova” (a nova), što je značilo “nova zvijezda”, kada je dokazao da se objekat nalazi mnogo dalje od Mjeseca. Danas znamo da je Tiho tada vidio supernovu – eksploziju udaljene zvijezde. Godine 1577, Tiho je opazio kometu i dokazao da se i ona takođe nalazi duboko u nebeskom području – drugi su, naročito Aristotel, tvrdili da su komete fenomeni koji se odvijaju u Zemljinoj atmosferi.

Onda je danski kralj Frederik II odlučio da podrži Tihoov rad i uložio novac da se podigne do tada neviđena opservatorija za posmatranja golim okom. Tokom tri naredne decenije, Tiho i njegovi pomoćnici prikupili su podatke sa odstupanjima manjim od 1 lučne minute.

Pošto je teleskop izumljen tek kratko nakon njegove smrti, Tihovi podaci su ostali primjerci najboljih rezultata posmatranja golim okom koji su ikada napravljeni.

Uprkos odlično obavljenim posmatranjima, Tiho nikad nije uspio da da zadovoljavajuće objašnjenje o kretanju planeta. Međutim, moramo priznati da jeste uspio da nađe nekoga kome će to konačno poći za rukom – 1600. godine primio je na posao mladog njemačkog astronoma Johana Keplera (Johannes ili Johann Kepler, 1571-1630). Dok je Tiho bio živ, njihovi odnosi su bili prilično zategnuti. Ipak, na samrti 1601. godine, Tiho je zavještao sve svoje sveske sa bilješkama Kepleru i obratio mu se, preklinjući ga, da nađe sistem u kojem bi njegova zapažanja imala smisla, tako da “ne ispadne da sam straćio život”.

Keplerova reformacija i vjera u moć Univerzuma: zakoni planetarnog kretanja

Kepler je bio duboko religiozan čovjek i vjerovao je da će, ako uspije da razumije geometriju vasione, biti bliži Bogu. Kao i Kopernik, vjerovao je da Zemlja i druge planete putuju oko Sunca po kružnim putanjama, te je marljivo radio da uskladi kružna kretanja sa Tihovim podacima.

Naročito se usredsredio na Marsovu orbitu, koja je predstavljala najveći problem za usklađivanje podataka sa kružnom orbitom. Prošle su godine u proračunima i Kepler je našao kružnu orbitu za Mars koja se uklapala u skoro sve Tihove opservacije Marsa, sa tačnošću od 2 lučne minute. Međutim, u dva slučaja ova orbita je predviđala položaj Marsa koji je odstupao od Tihovih opservacija za nešto više od 8 lučnih minuta.

Vrlo je moguće da je Kepler padao u iskušenje da zanemari ova zapažanja i da to pripiše kao grešku u Tiho Brahovim posmatranjima. Na kraju krajeva, 8 lučnih minuta je jedva jedna četvrtina ugaonog prečnika punog mjeseca. Ali Kopernik je imao povjerenja u Tiha, vjerovao je u njegovu predanost poslu, a 8 “promašenih” lučnih minuta su ga navele da na kraju napusti teoriju o kružnim orbitama – i tako se desilo da je pronašao tačno rješenje vjekovne zagonetke o kretanju planeta. O ovom događaju, Kepler je napisao:

“Da sam zaključio da ovih osam (lučnih) minuta možemo da zanemarimo, usaglašavao bih svoje teze prema tome. Ali pošto je bilo nedopustivo da ih ignorišem, ovih osam minuta izvele su nas na put koji je vodio potpunom preokretu u astronomiji.”

Kepler je objedinio svoja otkrića u tri jednostavna zakona koja danas nazivamo Keplerovi zakoni o kretanju planeta. Prva dva zakona dao je u štampu 1610. a treći 1618. godine. (Tri Keplerova zakona odnose se na planetarna kretanja, a tri Njutnova zakona uopšteno na sva kretanja).

Ključno Keplerovo otkriće bilo je da orbite planeta nijesu krugovi, već poseban ovalni oblik koji nazivamo elipsa. Sigurno umijete da nacrtate krug bez šestara; vežete olovku za jedan kraj kanapa, vežete kanap za ekserčić na podlozi i vučete liniju olovkom u krug.

Na sličan način možete da izvučete i elipsu ali ovaj put razvlačite kanap oko dva ekserčića. Mjesta u kojem se nalaze dva ekserčića nazivamo žiže (focus, pl. foci) elipse. Mijenjanjem razdaljine između dve žiže, a pri tom ne menjajući dužinu kanapa, možete da izvučete linije elipsa različitog ekscentriciteta, čime označavamo u kojoj mjeri elipsa odstupa od savršenog kruga.

Prvi Keplerov zakon nam kaže da je orbita svake planete elipsa a da je Sunce u jednoj od žiža te elipse. (U drugoj žiži se ne nalazi ništa). Ovo znači da je udaljenost planete od Sunca različita na njenoj orbiti: najbliža je Suncu kada se nađe u tački koju nazivamo perihel, a najudaljenija u tački koju nazivamo afel. Prosjek udaljenosti Sunca u perihelu i afelu za neku planetu nazivamo velika poluosa orbite; jednostavno, to je prosječna udaljenost planete od Sunca.

Drugi Keplerov zakon nam kaže da kako se planeta kreće oko Sunca po svojoj orbiti, radijus-vektor planete prelazi jednake oblasti za jednako vrijeme. Ovo znači da planeta prelazi veći put kada je u perihela, u odnosu na pređeni put za isto vrijeme u afelu; to jest, planeta brže putuje kada je bliže Suncu, a sporije što je udaljenija od Sunca.

Treći Keplerov zakon odnosi se na orbitalni period planete, ili broj godina za koji ova napravi jednu orbitu oko Sunca; određen je prosječnom udaljenošću planete od Sunca, mjereno u astronomskim jedinicama (1 AJ 150 miliona kilometara). Za svaku planetu koja se kreće oko Sunca važi formula:

(period orbite u godinama)2 = (prosečna udaljenost u AJ)3

Galilej: kraj geocentrične vasione

Uspješno izvedeni Keplerovi zakoni sa kojima su se poklopila Tihova posmatranja, pružili su jak dokaz u korist Kopernikove ideje da se Sunce, umjesto Zemlje, nalazi u centru Sunčevog sistema. Međutim, mnogi naučnici su i dalje imali razumne primjedbe na Kopernikovo viđenje. Tri osnovne primjedbe odnosile su se na dvije hiljade starom vjerovanju koje potiče od Aristotela (384-322 pre n.e.) i drugih naučnika drevne Grčke.

Prva primjedba se zasnivala na Aristotelovoj tvrdnji da je nemoguće da se Zemlja kreće, jer da je tako ptice, kamenje koje pada, oblaci i druga slična tijela bi zaostajali, dok bi se Zemlja kretala svojim putem. Druga primjedba je da se ideja o putanjama koje nijesu kružne, ne uklapa u opšte drevno vjerovanje da su nebeska prostranstva, carstvo Sunca, Meseca, planeta i zvijezda, savršena i nepromjenljiva. Treća primjedba je bio prastari argument, da, ako Zemlja putuje oko Sunca, onda bi trebalo da može da se vidi paralaksa. Galilej, Keplerov savremenik sa kojim se dopisivao, odgovorio je na sve tri primjedbe.

Prvu primedbu Galilej je pobio eksperimentima koji su skoro sami bili dovoljni da opovrgnu čitavo aristotelovsko poimanje fizike. Dokazao je da gravitacija ubrzava sva tijela istim intenzitetom, što je direktno protivriječilo Aristotelovoj tvrdnji da teži objekti padaju brže. Aristotel je takođe tvrdio da je prirodna težnja svakog objekta da miruje. Galilej je dokazao da tijelo u pokretu ostaje u pokretu osim ako ga neka sila ne zaustavi, što je bila nova ideja čiju je suštinu Njutn potvrdio prvim zakonom o kretanju. Dakle, Galilej je zaključio da objekti poput ptica, kamenja i oblaka, koji se kreću sa Zemljom ostaju sa Zemljom, osim ako ih neka sila ne odvoji od nje. Ovo je ista ideja kojom objašnjavamo zašto putnici u avionu, koji je u pokretu, mogu nesmetano da se kreću u avionu.

Tihova posmatranja kometa, kao i supernova koju je vidio, već su dokazali da se na nebu mogu desiti promjene, a Galilej je ideju o savršenstvu nebeskih prostranstava uzdrmao do temelja kada je krajem 1609. godine napravio teleskop.

Pomoću teleskopa vidio je sunčeve pjege, što je u to vrijeme bilo odraz “nesavršenstva”. Koristio je teleskop i za posmatranje linije koja razdvaja osvijetljenu površinu Mjeseca od one u mraku, liniju nazivamo terminator i utvrdio da na Mjesecu postoje planine i doline kao na “nesavršenoj” Zemlji. I kad nebesa već nijesu toliko savršena koliko se vjerovalo, još jedno nesavršenstvo, u ideji da orbite nijesu kružne nego eliptične putanje, ne bi trebalo da bude toliko uvredljivo.

Geocentričnom modelu vasione odzvonilo je zapravo još ranije na osnovu dva Galilejeva otkrića, do kojih je došao već na samom početku posmatranja kroz teleskop. Prvo, vidio je četiri satelita kako kruže oko Jupitera, a ne oko Zemlje. A ubrzo potom, vidio je kako Venera prolazi kroz faze kao i Mjesec, što je bio dokaz da Venera kruži oko Sunca a ne oko Zemlje.

Konačno, preokret u astronomiji koji je započeo Kopernik bio je potpun.Zahvaljujući Galileju, do sredine 1600-tih naučna zajednica je skoro jednoglasno prihvatila Keplerov model kretanja planeta.

Dalje rasprave na temu su se vodile u smislu zašto su njegovi zakoni ispravni.

Izvor: Nacionalna geografija