Forside Søgning Liste

DET NYE VERDENSBILLEDE

Indledning

Vi vil her prøve at give en oversigt over verdensbilledets udvikling i vores kultur fra Oldtiden op til midten af 1800-tallet. "Verdensbilledet" er egentlig så meget sagt, men det er nu det ord, man plejer at bruge om synet på planetsystemets struktur.

Fænomen, forklaring og beregningsmetode

Når man i astronomien iagttager et fænomen, skal det først og fremmest beskrives, tit ved talangivelser: Koordinater, vinkelafstand, kulminationstidspunkt osv. Bagefter er der så tit to opgaver at løse. Den ene er at finde en "naturlig" forklaring på fænomenet, så vi siger: Nå, derfor. Det andet er at finde metoder til beregning af parametre, der er knyttet til fænomenet. Det lyder lidt abstrakt, så lad os kigge på tre eksempler.

Lad os sige, at fænomenet er en total solformørkelse. Så er det ret let at give en naturlig forklaring: En total solformørkelse opstår, når Månen skygger helt for solens lys. Denne tilfredsstillende forklaring fører naturligvis ikke umiddelbart til en beregningsmetode, der kan fortælle hvor og hvornår der er total solformørkelse. Men sådan en beregningsmetode er udviklet. Den er baseret på tyngdeloven og på Newtons love. Til gengæld vil de fleste mennesker ikke sige "Nå derfor", hvis de ser sådanne udregninger.

Vores andet eksempel er fænomenet parallakse. I 1838 opdagede Bessel at visse stjerner bevæger sig en lille smule i forhold til nabostjernerne. Bevægelsen er ellipseformet og storaksen er under 1 buesekund. Storaksen målt i buesekunder kaldes stjernens parallakse. Storaksen er parallel med Ekliptikas plan. Den er under 1 buesekund, og omløbstiden er præcis et år. Den naturlige forklaring var kendt allerede inden fænomenet blev iagttaget: Da omløbstiden er præcis et år må fænomenet skyldes Jordens bevægelse. Forklaringen er, at sigtelinien fra Jorden til en af de nærmeste stjerner vil variere lidt under Jordens årlige bevægelse. Så stjernen bevæger sig altså ikke, men sigtelinien fra Jorden til stjernen rammer forskellige fjerne nabostjerner i årets løb. Jo længere en stjerne er væk, jo mindre parallakse har den, så når man har målt parallaksen, kan man regne afstanden til stjernen ud. På den måde fandt man for første gang afstanden til stjernerne. Allerede i Oldtiden var man klar over, at hvis planetsystemet er heliocentrisk, så må stjernerne have en parallakse.

Vores tredie eksempel er det fænomen, at planeterne bevæger sig i ellipseformede baner. Newton fandt ud af, at dette fænomen er en logisk følge af tyngdeloven og Newtons bevægelseslove. Newton angav altså en matematisk model for planetbevægelserne, og beregningerne stemte rimeligt godt med observationerne. Men man kan vist ikke sige, at gravitationsloven forklarer, at planetbanerne er ellipser. Planeterne og Solen kan jo ikke kommunikere om deres masser, og da slet ikke dividere med afstandens kvadrat. En naturlig forklaring på, at planetbanerne er ellipser ligger uden for rammerne af den klassiske fysik.

Apollonius, Hipparchos, Ptolemæus og Aristarchos

En af de vigtigste opgaver, som astronomerne i Mellemøsten og Europa i Oldtiden stillede sig, var at forudberegne planeternes position mellem stjernerne. Hvis man en aften kigger på en planet mellem stjernerne, ser man, at den stort set følges med stjernerne, den står op i øst og går ned i vest. Men hvis man holder øje med f.eks. Jupiter nat efter nat, ser man, at den langsomt bevæger sig i forhold til stjernerne. Normalt bevæger den sig i aftenens løb en smule hurtigere end de nærliggende stjerner. Man siger, at den bevæger sig direkte. Men en gang imellem, med ca et års mellemrum kommer der en periode, f.eks. et par måneder, hvor planeten bevæger sig modsat stjernernes daglige bevægelse. Man siger, at bevægelsen er retrograd. Dette skift i bevægelsesretning gav astronomerne to udfordringer. For det første skulle der udvikles metoder til forudberegning af planetpositionerne i forhold til stjernerne. Og for det andet skulle man finde en nogenlunde "naturlig" forklaring på, at planeterne således skiftede bevægelsesretning.

De astronomer, der i Oldtiden gjorde mest for at få styr på planetbevægelserne var Apollonius, Hipparchos, Ptolemæus og Aristarchos. Apollonius foreslog, at man ved beregningerne benyttede epicykler med centrum i Jorden, og da Jorden hedder geus på græsk, taler man om et geocentrisk system. Hipparchos fremskaffede et stort og pålideligt observationsmateriale, og Ptolemæus udformede et meget komplekst system af epicykelbevægelser, som ved beregning af planetobservationer gav resultater, der inden for den målenøjagtighed, som man opnåede i Oldtiden, stemte med observationerne. Bevægelserne var komplicerede, figuren nedenfor viser en noget forenklet version af Jupiters epicykelbevægelse om Jorden gennem en 12 års periode.

Det er naturligt at spørge, om Ptolemæus troede, at planeterne bevægede sig i Verdensrummet i disse komplicerede baner. Måske troede han det, men der er indicier i hans fremstilling, der tyder på, at han i højere grad søgte at finde en beregningsmetode end at beskrive hvordan planeterne bevæger sig i Verdensrummet. Der var allerede i Oldtiden røster, især Aristarchos, der gjorde opmærksom på, at et heliocentrisk (helios er det græske ord for sol) verdensbillede kunne forklare de retrograde bevægelser, se nærmere nedenfor. At man ikke kunne måle stjernernes parallakse forklarede Aristarchos ved at antage, at afstanden til stjernerne er meget, meget større end Jordbanens diameter. Aristarchos´ tanker slog imidlertid ikke igennem i Oldtiden.

Kopernikus' verdensbillede

Kopernikus' revolutionerende værk om det nye, heliocentriske verdensbillede udkom først i 1543, i hans dødsår. I starten vakte det ikke megen diskussion, hverken fagligt eller religiøst/filosofisk. Det var dels meget svært forståeligt, dels var Kopernikus til forskel fra Tycho Brahe ikke praktiserende astronom: Kopernikus udviklede ikke nye instrumenter, han foretog ikke nye observationer, han beregnede ikke nye tabeller; men han fik en god idé: Hvorfor ikke simplificere de fysiske og matematiske modeller i forhold til tidligere! Denne tankegang førte til Kopernikus' nye heliocentriske verdensbillede,hvor Solen ligger fast og planeterne bevæger sig i cirkelformede baner med centre i Solen. Om Kopernikus havde kendskab til Aristarchos' ideer, ved vi ikke.

Et afgørende argument for det kopernikanske verdensbillede var, at at det på en meget enkel måde forklarer planeternes retrograde bevægelser. Animationen nedenfor viser Mars' retrograde bevægelse. Mars udfører en retrograd bevægelse ca. hvert andet år. Selve den retrograde bevægelse varer ca. 3 måneder. I tiden mellem to retrograde bevægelser bevæger Mars sig direkte langs Ekliptika ca. to år.

På animationen er Jorden grøn og Mars rød. Den sorte pil er sigtelinien fra Jorden til Mars, så den peger ud mod de stjerner, som Mars står iblandt. Man ser, at det meste af tiden er bevægelsen direkte, men i en kort periode, når Jorden overhaler Mars indenom, er bevægelsen retrograd. For at få en periodisk animation har vi sat omløbstiden for Mars til 2 år i stedet for 1,88 år.

Under afsnittet om de græske astronomer her på denne side, viser vi i en figur Ptolemæus' system for Jupiters epicykelbevægelse om Jorden gennem en 12 års periode. Under et omløb af Jupiter overhaler Jorden Jupiter indenom 11 gange. Derfor var der under et omløb af Jupiter nødt til at være 11 sløjfer på denne epicykel.

Kopernikus' model gav stødet til nye, mere præcise kalenderberegninger, et faktum, som Kirken var meget interesseret i. Derimod kom Kirken og de skolastiske filosoffer ikke med det samme i omdrejninger over Kopernikus' helligbrøde: At modsige Bibelen og erstatte Jorden som centrum, med Solen som centrum for planetbanerne (Jordens bane medregnet). Det var nok medvirkende hertil, at Kopernikus' tekst var så svær at forstå. Desuden kunne folk sige, at det nye verdensbillede kun var en ubevist hypotese.

Det er interessant, at sammenligner vi Ptolemæus' og Kopernikus' teorier, så kan de matematisk set vises at være ækvivalente: Begge giver lige korrekte placeringer af Solen, Månen og planeterne i forhold til hinanden! Man skal blot udskifte centrum og dermed synsvinkel fra Jorden til Solen! Men Kopernikus' model er unægtelig meget simplere, og der er ingen tvivl om, at Kopernikus anså sit system for en korrekt beskrivelse af, hvordan planeterne bevæger sig.

Tycho Brahe

Der var også modstand mod Kopernikus' system fra videnskabelige kredse. Mest kompetent fra Tycho Brahe. Han konstaterede, at selv med den høje nøjagtighed, han arbejdede med (ned til ½ bueminut), kunne han ikke måle den parallakse, der måtte være der, hvis Jorden gik rundt om Solen. Tycho Brahe udelukkede den mulighed, at parallaksen kunne være mindre end ½ bueminut, med det argument, at han mente at kunne iagttage, at nogle lysstærke stjerner havde synlig udstrækning. Derfor ville de, hvis deres parallakse var under ½ bueminut (dvs stjernerne var meget langt væk), være så kæmpestore, at Tycho Brahe fandt det usandsynligt.

Tycho Brahe var ikke en dårligere astronom end Kopernikus: Som praktiserende astronom var Tycho Brahe historiens indtil da bedste! Han forbedrede observationsnøjagtigheden, opfandt nye instrumenter og begyndte forfra med at observere himmelen og lave nye tabeller. I modsætning til Kopernikus, troede Tycho Brahe ikke på den gamle observationsastronomi, da han havde opdaget flere tilfælde, hvor forudberegningerne viste sig ikke at holde stik.

Kepler

I Tycho Brahes landflygtighedsår i Prag, antog han Kepler som assistent og videnskabelig "arving". Kepler startede med at beregne Mars' bane ud fra Tycho Brahes omhyggelige observationer. Han fandt ud af, at den ikke var helt cirkelformet, men snarere svagt elliptisk. Så begyndte Kepler et hektisk arbejde med beregninger og tabeller af vort solsystem. Herved nåede han frem til sine tre berømte love. Hans matematiske model var heliocentrisk, men cikelbanerne i det kopernikanske system blev hos Kepler erstattet af ellipser med beskeden fladtrykning. Keplers værk var imidlertid lige som Kopernikus' teori så indviklet matematisk, at ikke-fagfolk havde svært ved at sætte sig ind i den. Det er nok hovedgrunden til, at Kirken heller ikke forfulgte Kepler.

Modstand mod det nye verdensbillede

Op gennem Middelalder og Renaissance var der ind imellem astronomer, der påstod, at Jorden bevæger sig og ikke befinder sig i universets centrum. Det skete ikke uden voldsom modstand, dels fra kredse, der anså Aristoteles for ufejlbarlig (et synspunkt, der har vist sig vanskeligt at fastholde), og dels fra kredse inden for kirken, der anså det for indlysende (og i øvrigt bekræftet ved bibelcitater), at den gudskabte Jord med den gudskabte menneskehed naturligvis måtte befinde sig i universets centrum.

I år 1600 blev Giordano Bruno (1548-1600, italiensk munk og filosof) brændt på bålet for at støtte Kopernikus og for at forsvare ideen om et uendeligt univers uden centrum. Den katolske kirke var ved at vågne op!

Galilei

Først med Galilei lykkedes det at popularisere Kopernikus' teori, og derfor anså den katolske kirke ham for en hovedfjende. I 1616 besluttede Inkvisitionen i Rom at sætte heliocentrisme og Kopernikus' bog herom på "Index" (over forbudte ideer og bøger). Først i 1835 blev forbudet på Index ophævet. Men Galilei troede, at han kunne omgå forbudet ved at skrive en "dialog" mellem tilhængere af det geocentriske system og tilhængere af det heliocentriske system. Men den gik ikke! I 1633 blev han sat i fængsel i Rom og truet med tortur og henrettelse, hvis han ikke opgav sin tro. Så det sagde han, at han gjorde. Dommen blev ændret, så han fik lov til at bo hjemme (nær Firenze) i husarrest til sin død i 1642. Det har nok spillet en rolle, at Galilei havde et uomgængeligt væsen; men dette kan ikke undskylde den katolske kirke.

Galilei og Kepler var venner og tilhængere af den samme sag: kopernikanismen; men deres arbejdsmetoder var meget forskellige. Kepler var beregner; Galilei arbejdede ud fra sin nye metode: At kombinere eksperimenter og observationer med matematiske modeller. Nu måtte man prøve at bevise den heliocentriske teori, ikke blot slås med kirken og filosofferne. Galilei troede, at han med sine observationer med den nyopfundne kikkert og sine analyser havde fundet flere matematiske/fysiske beviser: Det var dog mest hans opdagelse af Jupiters 4 måner, som beviste, at der var et andet centrum end Jorden for nogle af himmellegemernes baner.

Galilei lavede imidlertid forkerte teorier for 1) tidevandet (korrekt analyseret af Kepler), og 2) kometers natur (korrekt beskrevet af Tycho Brahe). Galilei troede, at hans teorier var yderligere "bevis" for det heliocentriske system; men disse to duede altså ikke. Selv om Galilei garanteret har kendt både Tycho Brahes og Keplers arbejder, troede han heller ikke på Keplers 1. lov, om at planeterne bevæger sig rundt om Solen i elliptiske baner med Solen i det ene brændpunkt. Denne lov var imidlertid som tidligere nævnt en teoretisk støtte til Kopernikus, idet den gav en model, der passede med observationerne. Blot var Kopernikus' cirkler erstattet med Keplers ellipser.

Newton

Efter Galilei kom Newton. Han gav i 1687 den første matematiske model for solsystemet, der var baseret på almene fysiske love. Ved hjælp af gravitationsloven (tyngdeloven) kunne han forklare/beregne planeternes baner rundt om Solen ved hjælp af legemernes masser og afstande. Det var et stort skridt fremad, men dog stadig kun en model.

Det følger af Newtons tyngdelov, at både Solen og Jorden bevæger sig i ellipseformede baner med et fælles brændpunkt i det fælles tyngdepunkt. På grund af Solens altdominerende masse, er Solens bevægelse dog af forsvindende betyding i forhold til Jordens. Newton troede også, at tyngdeloven gælder for fixstjernerne; men målenøjagtigheden var ikke stor nok på hans tid, til at han kunne se det.

Newton gav altså et vægtigt teoretisk argument for, at det er Solen, der står (næsten) stille, og Jorden, der bevæger sig.

Bradley, Henderson og Bessel

James Bradley (1693-1762) var en engelsk astronom. Han fandt i 1728 aberrationen. Dette var det første håndfaste observationsbevis for Jordens bevægelse i forhold til stjernerne.

Ca. hundrede år senere fandt Thomas Henderson og Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846) et længe ventet bevis for Jordens bevægelse blandt stjernerne, idet de iagttog den årlige parallakse. Da fixstjernerne er så umådeligt langt væk, havde Tycho Brahe ikke kunnet måle parallaksen. Havde han det, havde han selvfølgelig troet på Kopernikus' system!

Foucault

Et fysisk bevis for at Jorden roterer om sin akse kom med Foucaults pendul i 1851 (Jean Bernard Leon Foucault (1819-1868)). Foucault ophængte et stort pendul i kuplen på Panthéon i Paris. Når det svinger frem og tilbage, vil dets svingningsplan dreje sig hele tiden - et bevis på Jordens daglige rotation.

Afslutning

Det afgørende argument for skiftet til et heliocentrisk system var, at planeternes næsten cirkulære baner om Solen på en meget enkel måde gav en tilfredsstillende forklaring på de retrograde planetbevægelser. I det ptolemæiske geocentriske system blev disse bevægelser jo beskrevet ved hjælp af et kompliceret system af epicykler.

Som omtalt tidligere troede Ptolemæus nok ikke selv, at hans beskrivelse var mere end en matematisk model, hvorimod Kopernikus nok selv troede, at hans verdensbillede også forklarede planeternes bevægelser. Hans teori var ikke blot en matematisk model.

De to modeller muliggør begge to rimelig nøjagtige forudberegninger af planetpositionerne; men Kopernikus' har sin styrke i, at modellen forklarer planeternes retrograde bevægelser på en langt enklere måde end den ptolemæiske model. br>






Hvis du støder på et ord,
hvis betydning du ikke kender,
så søg på ordet.