Rewolucja kopernikańska,
prawa Keplera

Teoria geocentryczna

Odkrycie faktu, że Ziemia jest kulą zawdzięczamy starożytny Grekom. Jednakże uważali oni, że Ziemia jest największym obiektem w kosmosie i znajduje się w jej środku. Dokładny opis tego modelu podał Ptolemeusz. Według niego Ziemia znajduje się w centrum Wszechświata, a planety krążą wokół Ziemi po dość skomplikowanych torach. Nie potrafiono określić prawidłowych rozmiarów planet i ich odległości. Na niebie można było zaobserwować 7 ciał niebieskich poruszających się na tle gwiazd (stąd podział na 7 dni tygodnia).

Tory ruchu planet

Według teorii geocentrycznej planety krążą wokół Ziemi. Jednak ich tor ruchu jest dość skomplikowany. Kształt tego toru ruchu próbowano tłumaczyć nakładaniem się na siebie dwóch ruchów okrężnych (teoria Ptolemeusza).

A - epicykl
B - ekwant
C - deferent
niebieski punkt –  Ziemia
czerwony punkt – planeta krążąca wokół Ziemi



 

Teoria heliocentryczna

Mikołaj Kopernik nie wymyślił teorii heliocentrycznej. Można ją było już spotkać wcześniej. Zarówno starożytni Grecy jak i Hindusi stawiali podobne hipotezy. Kopernik uczynił jednak tę hipotezę bardziej prawdopodobną znajdując wiele dowodów wskazujących, że jest ona bardziej prawdopodobna. Przez wiele lat, aż do czasów Galileusza pozostawała ona jednak ciekawostką, którą interesowali się jedynie astronomowie.

Wyjaśnienie epicykli

Tor ruchu Marsa widziany z Ziemi łatwo wyjaśnić jako wynik różnej prędkości w ruchu obrotowym wokół Słońca tych planet.

Porównanie opisu ruchu

Problemy z teorią Kopernika

Według Kopernika Słońce jako największy obiekt kosmosu (wg. niego) znajdowało się w środku Wszechświata, a planety i gwiazdy krążyły wokół niego po okręgu. Jednak okazało się, że nie zgadzało się to z dokładniejszymi pomiarami toru ruchu planet. Kopernik wyjaśnił też ruch dobowy obrotem Ziemi wokół własnej osi, ale nie potrafiono wyjaśnić dlaczego gwiazdy znajdują się w stałych położeniach. Był to jeden z powodów dla których teoria ta długo nie była akceptowana przez wszystkich w astronomii.

Skutki filozoficzne teorii Kopernika

Teorie geocentryczną można uznać za antropocentryzm, czyli pogląd, że wszystko co dzieje się w przyrodzie ma na celu zapewnienie istnienia człowieka. Dlatego sądzono, że ludzie muszą mieszkać w środku Wszechświata. Uważano też, że w kosmosie panują inne prawa niż na Ziemi. Dopiero dzięki teorii Kopernika zdano sobie sprawę z tego, że Ziemia jest jedną z wielu planet i nic nie wskazuje, aby działały na niej inne prawa przyrody niż w pozostałej części kosmosu.

I prawo Keplera

Wszystkie planety krążą wokół Słońca po elipsach, a w jednym z ognisk tych elips znajduje się Słońce. Rysunek po prawej pokazuje jak narysować elipsę, gdzie szpilki są wbite w miejscach ognisk tej elipsy.

II prawo Keplera

Ciało w ruchu po elipsie zbliża się i oddala od Słońca, zbliżając się jego prędkość rośnie, a oddalając maleje. Jednak w każdej chwili jego prędkość polowa jest stała. Oznacza to, że promień poprowadzony od planety do Słońca zakreśla stałe w czasie pole. Planeta w identycznym odstępie czasu przebywa odcinek EF jak też DF i pole łuku EFS jest równe polu DCS.

III prawo Keplera

Iloraz kwadratu okresu obiegu planety (T) wokół Słońca do pół osi wielkiej elipsy (a) toru ruchu planety do sześcianu jest wielkością stałą.

${\displaystyle \frac{T^2}{a^3}=const}$

Oznacza, to że możemy układać proporcje dla różnych planet:

${\displaystyle \frac{{\left(T_x\right)}^2}{{\left(a_x\right)}^3}=\frac{{\left(T_y\right)}^2}{{\left(a_y\right)}^3}}$

gdzie x, y - to dwie różne planety krążące wokół tej samej gwiazdy.

Prawa Keplera dla innych ciał

Odkryte przez Johana Keplera prawa wynikały z obserwacji ruchu planet wokół Słońca. Jednak już po odkryciu przez Galileusza księżyców wokół Jowisza okazało się, że spełniają one podobne prawa. Podobne prawo spełnione jest dla ruchu sztucznych satelitów wokół Ziemi. Ale również dotyczy ruchów całych układów planetarnych względem środka galaktyki, jak również galaktyk względem siebie.

Przyczynę istnienia tych praw wyjaśnił Newton dzięki odkryciu prawa grawitacji i zasad dynamiki.