Od najdawniejszych czasów człowiek posiadał pewne wyobrażenia na temat otaczającego go świata. Pierwsze wyobrażenia nie miały charakteru naukowego - mieszkańcy starożytnych Indii wierzyli, że Ziemia jest płaska i spoczywa na grzbietach czterech słoni stojących na skorupie olbrzymiego żółwia pływającego po nieskończonym oceanie. Mieszkańcy Mezopotamii uważali, że Wszechświat jest podobny do pokoju, w którym płaska Ziemia pełni rolę podłogi a sufitem jest płaskie sklepienie niebieskie. Wkrótce, wraz z rozwojem astronomii zaczęły powstawać bardziej dojrzałe teorie.
Teoria geocentryczna
W naturalny sposób za centrum Wszechświata pierwsze teorie uważały Ziemi. System zakładający, że w centrum Wszechświata znajduje się Ziemia, obiegana dookoła przez planety, Księżyc i Słońce a na zewnątrz otoczona sferą gwiazd stałych nazywa się systemem geocentrycznym (z greckiego Geos - Ziemia i centrum - środek). Koncepcja ta rozwinęła się w starożytnej Grecji. Ostateczny kształt nadał jej Klaudiusz Ptolemeusz, żyjący w Aleksandrii w II w n.e.
Dość szybko astronomowie zorientowali się, że założenie, jakoby planety obiegały Ziemię po orbitach o kształcie okręgów jest sprzeczne z wynikami obserwacji astronomicznych. Kiedy obserwujemy ruch planety na tle sfery niebieskiej widzimy, że nie porusza się ona ruchem jednostajnym ale przyspiesza, zwalnia, a czasami nawet cofa się. Gdyby planety obiegały Ziemi ruchem jednostajnym po okręgu coś takiego byłoby niemożliwe - obserwowany ruch planet powinien być jednostajny.
Rozwiązanie tłumaczące tą sprzeczność bez rezygnowania z centralnej pozycji Ziemi we Wszechświecie znalazł grecki matematyk i astronom, Euksodos z Knidos a rozwinął je Ptolemeusz. Przyjęto, że ruch planet nie jest prostym ruchem po okręgu. W modelu Ptolemeusza po orbitach kołowych (zwanych deferentami) poruszają się mniejsze okręgi, zwane epicyklami, a dopiero po nich poruszają się planety. Tak skonstruowany system znacznie lepiej tłumaczył zjawiska zachodzące na niebie. Ponieważ zdarza się, że planeta w swoim ruchu po mniejszym okręgu (czyli epicyklu) porusza się w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu po orbicie więc możliwe jest, że planeta okresowo zwalnia i przyspiesza lub nawet cofa się. W swoim dziele pod tytułem "Almagest" Ptolemeusz przedstawił skonstruowany w ten sposób system i wykazał przez skomplikowane obliczenia, że pozwala on dość dokładnie przewidywać ruchy ciał niebieskich. Teoria Ptolemeusza była (jak na swoje czasy) teorią dopracowaną i dobrze tłumaczącą obserwowane zjawiska. świadczyć może o tym fakt, że "Almagest" był powszechnie używany i czytany aż do czasów Kopernika.
Rysunek 1: Ruch planety w modelu Ptolemeusza
Teoria heliocentryczna
Dalsze obserwacje astronomiczne wykazały, że również ten system nie jest idealnie zgodny z rzeczywistością. Konieczne stawało się dodawanie kolejnych epicykli, żeby dopasować model do pomiarów i system stawał się coraz bardziej skomplikowany. Pierwotnie zaletą systemu geocentrycznego była możliwość prostego, eleganckiego i w miarę dokładnego wytłumaczenia zjawisk astronomicznych. W miarę rozwoju stawał się coraz dokładniejszy, tracił jednak swoją zaletę jaką była elegancja i prostota.
Wielu astronomów podejrzewało, że ruch ciał niebieskich powinien dać się wyjaśnić w prosty sposób. Pierwszą osobą, która zaproponowała model heliocentryczny (z greckiego helios - Słońce) był żyjący w II w. p.n.e. Arystarch z Samos. Zauważył on, że dziwne zachowanie planet można wyjaśnić przez umieszczenie w centrum świata nie Ziemi, a Słońca. Okaże się wtedy, że ruch planet widziany z również poruszającej się Ziemi może przypominać ten dziwny ruch, który obserwują astronomowie. Teoria ta dobrze tłumaczyła zjawiska obserwowane na niebie, jednak nie została przyjęta ponieważ wyprzedzała ona swoje czasy. W starożytności zbyt słabo rozwinięta była fizyka a przez to zwolennicy teorii heliocentrycznej nie umieli odpowiedzieć na zarzuty, stawiane im przez zwolenników teorii geocentrycznej. Nie umiano wtedy wyjaśnić jak to się dzieje, że choć Ziemia wiruje dookoła własnej osi to jednak siła odśrodkowa nie powoduje wyrzucenia wszystkich znajdujących się na niej przedmiotów w przestrzeń kosmiczną. Starożytni nie potrafili również zrozumieć jak to się dzieje, że chociaż Ziemia, obiegając Słońce porusza się z dużą prędkością to jednak nie "ucieka" ona od latających w powietrzu ptaków. Poza tym starożytni astronomowie i filozofowie przewidywali, że gdyby Ziemia poruszała się to gwiazdy, widoczne z różnych kierunków powinny zmieniać swoje wzajemne położenie.
Po Arystarchu z Samos model heliocentryczny został zapomniany na siedemnaście wieków. Na nowo odkrył go dopiero polski uczony, Mikołaj Kopernik. Mikołaj Kopernik żył w latach 1473-1543 i był nie tylko astronomem, ale również matematykiem, lekarzem, prawnikiem, tłumaczem poezji włoskiej i ekonomistą. Pochodził on z rodziny wywodzącej się z mieszczan krakowskich. Urodzony w Toruniu studiował w Krakowie (1491-95), następnie w Bolonii, Padwie i Ferrarze, gdzie w 1503 doktoryzował się z prawa kanonicznego. Po powrocie do Polski zamieszkał w Lidzbarku Warmińskim jako lekarz i sekretarz swojego wuja, Łukasza Watzenrode, biskupa warmińskiego.
System stworzony przez Kopernika i przedstawiony w dziele p.t. "De revolutionibus orbium coelestium" (O obrotach ciał niebieskich) zakładał, że w środku świata znajduje się nieruchome Słońce. Dookoła niego po kołowych orbitach poruszają się planety i Ziemia. Jak widać system ten przypomina model zaproponowany przez Arystarcha z Samos. Przewagą Kopernika było jednak dokładne dopracowanie naukowe swojego pomysłu i wykazanie, że tak stworzony model może mimo swojej prostoty rzeczywiście dawać dobre przewidywania, podczas kiedy koncepcja Arystarcha była tylko pomysłem pozbawionym naukowego opracowania. Mimo, że umieszczenie Słońca w centrum Wszechświata uprościło sytuację Kopernik nie mógł całkowicie zrezygnować ze stosowania epicykli. Pomimo to jednak jego system zawierał ich znacznie mniej i był prostszy od geocentrycznego systemu Ptolemeusza.
System heliocentryczny przywrócił astronomii prostotę, mimo to miał jednak wielu przeciwników. Przede wszystkim wydaje się on być sprzeczny ze zdrowym rozsądkiem przecież każdy widzi co rano Słońce, które wychyla się zza horyzontu a później wędruje po niebie. W tej sytuacji twierdzenie, że jest ono nieruchome brzmiało niedorzecznie. Trzeba też pamiętać, że w czasach Kopernika teoria Ptolemeusza cieszyła się wielkim autorytetem wspieranym przez Kościół i podważanie go trąciło herezją. Przeciwnicy Kopernika często powoływali się na Biblię, między innymi na fragment, w którym Bóg na prośbę Jozuego zatrzymuje na kilka godzin Słońce - a przecież nie można zatrzymać czegoś, co się nie porusza.
Pomimo, że przed Kopernikiem byli już astronomowie którzy wykazywali, że Ptolemeusz w swoich obliczeniach popełniał błędy księga Kopernika była źle przyjęta przez naukę i Kościół. Pomimo, że dzieło było dedykowane papieżowi Pawłowi III to jednak zwolennicy teorii Kopernika popadali w konflikty z władzami kościelnymi a samo dzieło w 1616 znalazło się na indeksie ksiąg zakazanych, skąd zostało usunięte w 1828. Doświadczalne potwierdzenie ruchu orbitalnego Ziemi uzyskano dopiero w latach 20. XVIII w., po odkryciu przez J. Bradleya aberracji astronomicznej.
Teoria Kopernika nie odrzucała całkowicie założenia, że planety poruszają się ruchem kołowym po epicyklach które krążą po własnych, kołowych orbitach czyli deferentach. Odrzucenie teorii epicykli stało się możliwe dopiero kiedy przyjęto, że tory planet nie są okręgami lecz elipsami. Wprowadziło to dalsze uproszczenie do modelu układu słonecznego. Orbity eliptyczne wprowadził do astronomii niemiecki astronom i matematyk Johannes Kepler. Sformułował on również trzy prawa, zwane od jego nazwiska prawami Keplera, opisujące ruch planet.
Pierwsze prawo Keplera: Orbita każdej planety jest elipsą, przy czym Słońce znajduje się w jednym z jej ognisk.
Drugie prawo Keplera: Promień wodzący planety zakreśla w równych odstępach czasu równe pola.
Trzecie prawo Keplera: Drugie potęgi okresów obiegu planet wokół Słońca są wprost proporcjonalne do trzecich potg ich średnich odległości od Słońca.
Rysunek 2: Układ Słoneczny w systemie Kopernika
Model stworzony przez Kopernika i Keplera daje dobry opis ruchu ciał niebieskich. Nie mówi on jednak nic o przyczynie tych ruchów. W czasach, gdy żyli ci uczeni panował pogląd, że ciała niebieskie nie podlegają prawom fizyki ziemskiej. Hipotezę, że świat stanowi jedność i że zachowanie kuli armatniej opisują te sama prawa, które opisują również ruchy planet jakom pierwszy wysunął żyjący w latach 1643-1727 Izaak Newton. Uczony ten doszedł do wniosku, że gdyby na planetę nie działała żadna siła to musiałaby ona poruszać się po linii prostej (albo pozostawać w spoczynku). W związku z tym, skoro planety poruszają się po elipsach to prawdopodobnie działa na nie jakaś siła, zakrzywiająca ich tor. Newton domyślił się, że źródłem tej siły jest Słońce i że natura tych jest taka sama jak natura sił powodujących spadanie ciał na powierzchnię Ziemi. Newton nazwał je siłami grawitacji czyli wzajemnego przyciągania i sformułował prawo mówiące, że każde dwa ciała przyciągają się z siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ich mas a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.
Współczesna wiedza na temat świata
Obecnie budową, historią i powstaniem wszechświata zajmuje się dział astrofizyki teoretycznej zwany kosmologią.
Ocenia się, że Wszechświat powstał kilkanaście miliardów lat temu w wyniku Wielkiego Wybuchu. Teoria Wielkiego Wybuchu zakłada, że w przeszłości cała materia i energia składające się na Wszechświat znajdowały się w nieskończenie małym obszarze. Wtedy był on niezwykle gorący i niewyobrażalnie gęsty. Wszechświat, który obecnie obserwujemy gwałtownie wyłonił się podczas Wielkiego Wybuchu. Od tej początkowej eksplozji Wszechświat stale powiększa swe rozmiary i ochładza się. Nie można precyzyjnie określić wieku Wszechświata, gdyż zależy on od krzywizny przestrzeni, a tej nie potrafimy dokładnie zmierzyć. Z tempa rozszerzania się Wszechświata ocenia się, że powstał on 12-20 mld lat temu. Wiek Wszechświata nie jest ciągle znany, ale wiadomo, że Wszechświat jest dużo starszy od Słońca i Ziemi. Gdy powstał w wyniku Wielkiego Wybuchu, był zupełnie odmienny od dzisiejszego Wszechświata zawierającego planety, gwiazdy i galaktyki. Bardzo wczesny Wszechświat był ognistą kulą promieniowania. Materia nie była podobna do tej, jaką obecnie widzimy wokół nas i w kosmosie. Wszechświat można porównać do zupy egzotycznych cząstek, gwałtownie stygnącej podczas początkowej ekspansji. Po upływie pierwszej milionowej części sekundy większość energii była już przemieniona w protony, czyli jądra atomów wodoru. W następnej milisekundzie powstały elektrony i zderzając się z protonami utworzyły neutrony. Następne parę minut było decydujące o losach wyglądu Wszechświata, gdyż neutrony są w stanie przetrwać jako niezależne cząstki tylko tysiąc sekund! Podczas pierwszego kwadransa protony łączyły się z szybko rozpadającymi się neutronami, tworząc jądra atomów helu. W wyścigu z czasem, podczas gdy Wszechświat stale ekspandował i stygł, jednocześnie był w stanie przemienić około jednej czwartej wodorowej materii w hel. Z tej wodorowohelowej mieszanki powstała później pierwsza generacja gwiazd.
Cała materia znajdująca się we Wszechświecie pogrupowana jest w struktury. Gwiazdy tworzą skupiska zwane gromadami, te z kolei tworzą galaktyki. Galaktyki, podobnie jak gwiazdy, zebrane są w gromady galaktyk, te zaś tworzą supergromady. Ziemia, na której żyjemy krąży dookoła Słońca - dość typowej gwiazdy będącej żółtym karłem pierwszej populacji. Naukowcy aż do XX wieku wyobrażali sobie Słońce jak płonące ognisko. Jeszcze w 1892 roku wydano książkę opisującą Słońce jako piec wydzielający ciepło i światło. Inna XIX-wieczna teoria sugerowała, że świecenie spowodowane jest przez spadające na Słońce meteoryty. Obie teorie okazały się fałszywe. Jak wiemy obecnie, paliwem Słońca jest wodór, a energia, jaką dostarcza ono Ziemi, pochodzi z reakcji jądrowych zachodzących głęboko w jego wnętrzu.
W skład układu Słonecznego oprócz Słońca i Ziemi wchodzi osiem pozostałych planet (Merkury, Wenus, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun, Pluton), księżyce planet (w tym nasz Księżyc), planetoidy, komety, meteory oraz pył i gaz międzyplanetarny.
rozrywka
podróże
fachowo
kontakt
startuj
