ניקולאוס קופרניקוס התחיל את הרעיון לפיו השמש, לא כדור הארץ, נמצאת במרכז מערכת השמש. קופרניקוס נולד ב -14 בפברואר 1473, בנו של סוחר פולני. בעודו לומד באוניברסיטה באיטליה, התלהב קופרניקוס מן המחשבה המדעית המתפתחת בארץ זו. בגיל 24 ערך את התצפיות האסטרונומיות הראשונות שלו. כעבור כמה שנים הוא קיבל משרה פקידותית בכנסייה הקתולית. מינוי זה יצר ביטחון הכלכלי ואיפשר לו להקדיש מזמנו להמשך לימודי אסטרונומיה. בגיל 31 הוא צפה במצב נדיר של פלנטות, כאשר כוכבי לכת קרובים חולפים זה על פני זה. מפגש זה גם לכך שכל חמש כוכבי לכת ידועים והירח נמצאן באותה קבוצת הכוכבים – סרטן. הוא מצא כי מיקומם שונה בכמה מעלות מהתחזיות של תלמי.
באדיבות pixabay
קופרניקוס ערך תצפיות חדשות. עם זאת, הוא השקיע את מרבית זמנו בלימוד מודלים שונים עבור מבנה מערכת השמש. הוא הגיע למסקנה כי התחזית של מיקום הפלנטות יהיה פשוט יותר אם נדמיין שהשמש נמצאת במרכז וכדור הארץ הוא אחד מכוכבי הלכת של השמש. בשנת 1512 פירסם קופרניקוס פרשנות קצרה המכילה את תמצית ההשערה החדשה שלו: השמש היא מרכז מערכת השמש, כוכבי הלכת נעים סביבה, ומרחק הכוכבים גדול לאין שיעור ממרחק הפלנטות. הפירוש הזה חולק רק בכתב יד לכמה ממכריו של קופרניקוס. קופרניקוס המשיך את לימודיו, אך מחשש למחלוקת עם הכנסייה הקתולית, עיכב את פרסום הרעיון במשך שנים רבות. לבסוף, בעידוד עמיתים, כולל כמה אנשי כמורה, הוא הרשה להפיץ את הפרשנות הכתובה בהפצה רחבה יותר. החדשות על עבודתו של קופרניקוס התפשטו במהירות.
בסוף חייו, בשנת 1543, הכין קופרניקוס שילוב של כל יצירתו, שנקראה "על הסיבובים של הקליפות השמימיות" (Revolutions of the Celestial Spheres). בספר זה הוא פירט והסביר את ראיותיו למבנה החדש של מערכת השמש: ניתן היה להסביר את מיקום הכוכבים בשמים אם הניחו כי כדור הארץ וכוכבי לכת אחרים נעים סביב השמש. רק 400 עותקים של ספר זה הודפסו ורק חלק קטן ממנו עוסק בהשערה ההליוצנטרית. אבל המשמעות המודרנית של המילה "מהפכה" – מהפך פוליטי וחברתי פתאומי – מקורה בכותרת ספרו של קופרניקוס.
באדיבות וויקיפדיה
כאשר פירסם קופרניקוס את ספרו המהפכני, התעוררה מהומה, משום שפקידים בכנסייה ורוב האינטלקטואלים טענו כי כדור הארץ נמצא במרכז היקום. המוציא לאור של הספר, ניסה למתן את המצב באמצעות הקדמה בה נטען כי התיאוריה החדשה אינה צריכה להתקבל כמציאות פיזית, אלא ניתן לראותה רק כמודל נוח לחישוב מיקומם של כוכבי לכת. זו היתה דרך פילוסופית לבחון את המצב. קופרניקוס כבר היה תחת מתקפה של קיצוניים פרוטסטנטים: בשנת 1539 טען מרטין לותר כי "זה יפיל את כל אומנות האסטרונומיה, יהושע עצר את השמש בגבעון ולא קרא לאדמה לעצר". בעולם של רעיונות מבוססים היטב, קריאת תיגר על רעיונות מבוססים שכאלה מסוכנת ביותר. בשנות 1530 נמתחה ביקורת על מייקל סרוונטוס על כתביו באסטרולוגיה ובאסטרונומיה; בשנת 1553 הוא נשרף סרוונטוס על המוקד ככופר שהמציא תיאולוגיה מסתורית שפגעה הן בפרוטסטנטים והן בקתולים. גם הפרוטסטנטים וגם הקתולים דיכאו רעיונות כפירה כרעיונותיו של קופרניקוס. ג'ון קלווין ניהל את משפטו של סרוונטוס, אם כי, בהתקף של מתינות, הוא המליץ על עריפה במקום העליה על המוקד. סרוונטוס, איש בעל תחומי עניין מגוונים, שיפר באמצעות מדידות את הנתונים הגיאוגרפיים של ארץ הקודש וגילה גם את זרימת הדם בריאות. קופרניקוס היה מודע לכך שגם הוא מטלטל את קן הצרעות.
למרות הסערה שהתעוררה בעקבות ספרו, קופרניקוס לא היה מסוגל להוכיח כי המודל ההליוצנטרי הוא המדול הנכון. הוא הלך כאשר היו בתורתו עדיין מרכיבים רבים ממסורת היוונית, כמו ההנחה שמסלולי הפלנטות חייבים להיות מעגלים מושלמים. לכן, המודל שלו לא הצליח לחזות את מיקומם של כוכבי הלכת בדיוק רב יותר מזה של תלמי. עם זאת, סימן ההיכר של תיאוריה טובה הוא היכולת שלה להסביר במדויק את תוצאות התצפיות. אז למה אם כן מדענים תומכים ברעיון ההליוצנטי?
הצבת השמש במרכז מביאה סימטריה ופשטות מסוימת למודל מערכת השמש. במודל של תלמי מרקורי ונוגה מיוחדים כי הם סובבים סביב נקודות ריקות בין כדור הארץ לשמש. קופרניקוס הציב את כל כוכבי הלכת במסלולים סביב השמש. הוא מספק הסבר פשוט לעובדה שמרקורי ונוגה מופיעים תמיד קרוב לשמש. במודל של תלמי, תנועות הנסיגה של כוכבי הלכת מוסברות באמצעות מכשיר המלאכותי של תנועה סביב גלגלי עזר. במודל קופרניקני מוסברת התופעה באופן טבעי בשל מהירויות שונות של כוכבי לכת במסלולים שלהם. כדור הארץ "עוקף" את מאדים במסלולו הפנימי, לכן מאדים נראה באופן זמני משנה את כיוון תנועתו ביחס לכוכבים הרחוקים.
הדגם החדש של קופרניקוס היה גם הוא אלגנטי. במודל של תלמי, היו הרבה שילובים שונים של גודל גלגלי העזר כדי שתנועת הפלנטה תתאים בקרוב לתנועה הנצפית שלה. מנגנון מורכב זה נתפש בעיני קופרניקוס שרירותי ובלתי מספק – כמו חידה ללא פתרון. נזכיר את רעיון של התער אוקם בשיטה המדעית, שבה רעיונות פשוטים מועדפים על פני רעיונות מורכבים. במודל ההליוצנטרי, המרווח היחסי של כוכבי הלכת נקבע באופן ייחודי באמצעות תנועותיהם הנראות. יש סדירות של תנועות כי כוכבי הלכת הקרובים ביותר לשמש נעות במהירות מסלולית גבוהה. כוכבי הלכת הפנימיים נראים תמיד ליד השמש. כוכבי לכת חיצוניים נראים בכל זווית ביחס לשמש ויכולים לעיתים לבצע תנועה נסיגה. קופרניקוס ידע גם על עבודתו של אריסטרכוס. זה היה הגיוני לשים את הגוף הגדול ביותר, השמש, במרכז כל התנועות.
הועלו התנגדויות רבות למודל ההליוצנטרי. אם כדור הארץ נע, למה אנחנו לא מרגישים את התנועה? לקופרניקוס לא היתה תשובה פשוטה לכך, אך הוא הצביע על כך שהתנועה השנתית של השמש בשמים יכולה גם להיות מוסברת על ידי תנועתו של כדור הארץ הנע מדי שנה סביב השמש כצירו מוטה. התנועה לכאורה של כדור הכוכבים ניתן להסביר על ידי הסיבוב יומי של כדור הארץ. בעוד כמה מבקרים התלוננו כי בלתי סביר שמהירות הסיבוב בקו המשווה של כדור הארץ מגיע לכדי אלף קילומטרים לשעה, אך במודל הגיאוצנטרי נדרשה כדור הכוכבים לנוע במהירות הגדולה פי אלף פעמים ממהירות קו המשווה! ההתנגדות העיקרית האחרונה היתה היעדר כל שינוי עונתי בזוויות ובבהירות הכוכבים. במודל הגיאוצנטרי, הכוכבים מקיפים את כדור הארץ במרחק קבוע ולכן הם אינם משנים את בהירותם או את המרחקים הזוויתיים בשמים. עם זאת, במודל הלוצנטרי, כדור הארץ חייב לשנות את המרחק שלו מכל חלק של כדור הכוכבים כמו בעונות השנה. אבל אף כוכב לא נראה זוהר או עמום, ואף קבוצת כוכבים לא משנה את גודלה במשך שנה. מגיני ההשקפה ההליוצנטרית נאלצו לשער שהכוכבים כה רחוקים עד ששינויים אלה לא אינם משפיעים על מראה הכוכבים. זהו מצב לא נוח במונחים של השיטה המדעית – המודל צריך להסביר תחזית שלא נצפתה!
באדיבות University of Iowa.
מהו מרחק הכוכבים לפי המודל הקופרניקני? כדי להבין זאת עלינו להציג את הרעיון של פרלקסה. פרלקסה הוא השינוי בזווית המתרחשת כאשר אובייקט סמוך נראה על רקע מרוחק משני פרספקטיבות שונות. זה רעיון מוכר. תארו לעצמכם נהיגה במכונית עם רכס הרים מרוחק באופק. עץ סמוך נראה זז מהר יותר מאחד רחוק כמו לראות מול האופק – זה שינוי בזווית פרלקסה. החזק את האצבע על זרוע אורך ולהציג אותה עם עין אחת ולאחר מכן את השני. השינוי הקל בפרספקטיבה מעין אחת לאחרת הוא שינוי פרלקסה. כך אנו מקבלים תפיסת עומק מהראייה המשקפת שלנו. אם אתה יודע את המרחק בין נקודות הצפייה ואת זווית פרלקסה, גיאומטריה פשוטה אז נותן לך את המרחק אל האובייקט הסמוך. אם הזווית a קטנה, ניתן להשתמש במשוואה זווית קטנה.
אותו רעיון חל גם על כוכבים. במודל הגיאוצנטרי, ניתן להניח כי ימצא הבדל בזווית בין שני כוכבים במרחב השמימי כאשר תצפיות נעשות בזמנים שונים או ממיקומים שונים על פני כדור הארץ. אבל אין הבדל תצפיתי בזוויות בין כוכבים הדבר מעיד שהכוכבים חייבים להיות רחוקים מאוד בהשוואה לגודלו של כדור הארץ. טרם קופרניקוס האמינו אסטרונומים כי כוכבים מפוזרים בחלל ואינם קבועים בקליפה הכוכבים. במודל ההליוצנטרי, כוכב קרוב לכדור הארץ אמור להציג שינוי בפרלקסה ביחס לכוכבים רחוקים יותר, כאשר כדור הארץ נע במסלולו של השמש. שום תזוזה לא נצפה מעולם. אנו יכולים להשתמש במשוואת הזוויות הקטנות כדי להראות עד כמה רחוקים צריכים הכוכבים להיות. המגבלת התצפית הייתה זווית שגודלה כ- 1 דקת קשת ('1) או 60 שניות קשר ("60), ולכן:
d / D <(a / 206,265) <0.003
ולכן D / d > 3300. הכוכבים היו צריכים להיות לפחות 3300 פעמים רחוקים יותר מאשר קוטר מסלול כדור הארץ סביב השמש כדי שלא ניתן יהיה לצפות בפרלקסה! אנשים רבים היו לא נוח עם הרעיון של יקום עצום כזה. קופרניקוס עצמו החמיץ את עוצמת הוויכוח האלים ביחס ליקום שבמרכזו השמש. העותקים הראשונים של ספרו נמסרו לו ביום מותו בשנת 1543, בגיל 70. בעזרת ההמצאת הדפוס מאה שנים קודם לכן, הרעיון ההליוצנטרי כבר נדון במרכזי הלימוד בכל רחבי אֵירוֹפָּה. המהפכה הקופרניקאית היתה בעיצומה ודרך החשיבה שלנו על היקום לעולם לא תחזור לאחור.