Прості експериментальні докази того, що Земля обертається навколо Сонця

Які найпростіші експерименти чи розрахунки дають свідчення того, що Земля обертається навколо Сонця? Чи можете ви пояснити їх і посилатися на історію? Багато простих пояснень, таких як це цитування спостережень, таких як відносне положення двох зірок, що спостерігаються від землі, змінюються щовечора - що не було б правдою, якби зорі обходили землю. Але хіба спостереження не узгоджується з моделлю, коли зорі обходять землю, але роблять це з різною швидкістю, в той час як Земля все ще орбітує Сонце? Прості пояснення були б корисні.

Відповідь іронічна: без хороших інструментів немає доказів . Люди, які думали, що Сонце обходить Землю, були абсолютно правильними, наскільки фактичні докази існували до початку 1700-х та середини 1800-х років, коли відкрилися два рядки доказів, які показали, що Земля рухалася.

Аберація зоряного світла

У Вікіпедії є правильне, але надто складне пояснення . Найпростіший спосіб подумати над цим - уявити себе на знаку зупинки в машині під дощем, а дощ падає прямо вниз. Коли ви починаєте рухатися, очевидний напрямок падіння дощу змінюється так, що він, здається, падає попереду вас і коситься вниз до вас. Це аберація.

На початку 1700-х років було виявлено, що зірки зміщуються в положенні, і в 1727 році Джеймс Бредлі правильно визначив це аббацією зоряного світла через рух Землі навколо Сонця. (Для будь-якої зірки в екліптиці Земля рухається до неї в якийсь час року і віддаляється від неї через півроку.)

Паралакс

Стаття Вікіпедії про паралакс краща, і я посилаюся на неї для деталей. В основному, якщо ви тримаєте палець перед собою і дивитесь на нього закритим лівим оком, а потім із закритим правим оком, то, схоже, стрибає по відношенню до фону - стіни позаду або дерев назовні чи будь-що інше. Швидко перемикайтеся між очима, щоб це було чітко.

Оскільки Земля кружляє навколо Сонця, також, здається, зірки поблизу зміщують своє положення відносно більш віддалених зірок. Ключовим моментом тут є те, що були хороші наукові причини припускати, що зірок було значно менше, ніж Сонце. Побачені через телескоп зірки показували диски, і якщо вони були схожі на Сонце, їх відстань можна було б вивести з цих дисків. І вони були досить близькими, що якби Земля дійсно обійшла Сонце, слід було б спостерігати паралакс. Але це не було, і відсутність помітного паралаксу була сильним емпіричним аргументом проти геліоцентричних теорій.

Насправді паралакс існує, але паралакс усіх зірок невеликий, тому що вони набагато далі, ніж було оцінено з їхніх дисків. (Видимі диски насправді були дифракційними, а зовсім не справжніми дисками, - але це було не зрозуміло лише через століття. Дифракція Фрідріха Бесселя вперше виміряла реальний паралакс зірки у 1838 році.

Ви не можете довести, що Земля обертається навколо Сонця, а не навпаки, тому що це дуже суперечить тому, що зерна всіх систем відліку однаково справедливі (але деякі мають набагато більше сенсу, ніж інші). Наприклад, має більше сенсу використовувати орієнтовану на Землю орієнтовану на Землю точку зору, а не геометричну, що не обертається, геліоцентричну, баріцентричну або галактоцентричну при погляді на моделювання погоди чи припливів. Наприклад, можна використовувати геліоцентричну або навіть галактоцентричну точку зору для моделювання погоди на Землі, але робити це буде не дурно.

З іншого боку, при моделюванні поведінки сонячної системи має набагато більше сенсу використовувати геліоцентричну, а ще краще, барицентричну точку зору сонячної системи. Однак можна використовувати орієнтовану на Землю орієнтовану на Землю точку зору, оскільки всі системи відліку однаково справедливі (теоретично). Це, звичайно, зробить рівняння руху досить потворними, та ще більш потворними, коли намагаються зробити ці рівняння руху релятивістськи правильними. Проте геоцентрична точка зору залишається теоретично справедливою - навіть для моделювання поведінки Чумацького Шляху.

Проблема геоцентричної точки зору не в тому, що вона недійсна (що це не так). Проблема полягає в тому, що прихильники геоцентрицизму стверджували (і, на жаль, продовжують стверджувати), що це єдина і єдино справедлива точка зору. Цей аргумент недійсний, оскільки, знову ж таки, всі посилання є однаково справедливими.

Зауважте добре: тільки те, що інерційні кадри є особливими в певному сенсі, не означає, що неінерційні кадри є недійсними.

Якщо ви почнете з думки, що планети, Сонце, Місяць і Земля - це всі тіла, які всі рухаються через космос, виключіть, очевидно, нерухомі зірки, а потім подивіться, які існують докази того, як вони рухаються відносно один одного, то в цьому контексті є певні докази в астрономії неозброєним оком за допомогою навігаційних інструментів, доступних навіть стародавнім.

Закономірності спостережуваного руху планет є свідченням геліоцентричної орбіти. Видимі планети дотримуються певних зразків. По-перше, Меркурій і Венера:

• Їх завжди бачать поблизу сонця.
• Спостережувані кутові відділення як Меркурія, так і Венери від сонця мають регулярний малюнок.
• У Меркурія є набагато ближчий максимальний відрив, ніж у Венери, і його кутове розділення змінюється набагато швидше.
• Обидві планети залишаються близько до екліптики і ніколи не коливаються до неї нормально.
• Обидві орбіти планети навколо Сонця можна зафіксувати та прогнозувати з відносною легкістю. Це можна зробити неточно навіть без телескопа, хоча Меркурію набагато важче, будучи так близько до сонця.

Починаючи з передумов тіл, що рухаються небом, я вважаю, що є свідчення для Меркурія і Венери, що мають геліоцентричну орбіту. Кеплер описав це точно, але стародавні греки змогли дуже добре моделювати їх рух без телескопів в Механізмі Антикітера в геоцентричному плані.

Якби давньогрецький астроном хотів точно моделювати рух внутрішніх планет у геліоцентричному плані, він міг би це зробити. Спосіб зробити це - припустити, що нерухомі зірки жорстко закріплені, і виміряти кутові відстані між ними, а потім побудувати графіки рухів планет, що рухаються між ними. Секстанти та інші пристрої використовували стародавні мореплавці, які були висококваліфікованими навіть із примітивними . Тож це можна було зробити для того, щоб усвідомити "простий досвід чи розрахунок", про який ви просите. Є чи це коли - небудь було зроблено, з цим питанням на увазі, це трохи інше питання.

Тепер про саму землю. Ще в стародавньому світі зв’язок між бічним і сонячним днем ​​був добре зрозумілий . Прецесія Сонця навколо площі екліптики є свідченням геліоцентричної орбіти. Треба просто моделювати це, щоб зробити це зрозумілим. Старовинні розрахунки, пов'язані з бічним реальним часом та метонічним циклом, показують, що геліоцентричний рух Землі міг би бути математично змодельований, якби було задумано та бажано.

Що стосується зовнішніх планет, то, на мій погляд, це є найменш інтуїтивно зрозумілим, але для них є геліоцентрична орбіта, але лише будуючи на ідеї, що Земля та внутрішні планети обходять навколо Сонця. Це відбувається від спостереження за їх ретроградним рухом . Ці планети будуть рухатися ретроградно проти "зірок нерухомого фону" в певний час, і ці часи можна співвіднести з їх кутовим відривом від сонця. Також різні планети рухаються по зодіаку з різною швидкістю, що також корелює з амплітудою ретроградного руху.

Якщо ви змоделюєте все це геліоцентричним оррері, то дуже очевидно, що ми на внутрішній, швидшій планеті спостерігаємо зовнішню, повільнішу планету на своїй орбіті. У стародавніх греків було достатньо навичок моделювати рухи Марса, Юпітера та Сатурна в їх Антикітерському механізмі в геоцентричному відношенні. Отже, звідси випливає, що точна математична модель геліоцентричного руху для зовнішніх планет виявилася в межах їх досяжності, якщо вони коли-небудь досягали цього.

Існують також деякі свідчення того, що принаймні деякі стародавні мислителі були в змозі розшифрувати все це в геліоцентричну модель. Давньогрецький Арістарх Самоський мав геліоцентричну модель. Однак, Платон та інші , здавалися, немилість, і ця реконструкція з механізму Антикітери , який , як вважає, приходить добре після дня Аристарха має геоцентричний планетарій , які моделі планетарні ретроградний рух. І геліоцентричне мислення залишалося в межах меншостіна заході до сучасності. Можливо, очевидна геоцентрична орбіта Місяця, або питання про зірки (чи варто їх включати в якусь правильну модель чи ні), або відсутність універсальної теорії гравітації, достатньо затьмареної для них того, що нам зрозуміло.

Найкраще експериментальне свідчення - це, мабуть, ретроградне рух . Дані не легко отримуються: збирати потрібно тривалий час, не кажучи вже про те, що астроному доведеться щовечора не поспішати, зберігаючи кропіткі вимірювання позицій кожного об'єкта. Але це можна зробити (стародавні греки це знали) і в сучасному світі можна просто використовувати тренажер на зразок Stellarium .

Завантажте Stellarium, запустіть його та перейдіть до місцевого положення. Потім встановіть роботу імітації та пришвидшіть її багато разів. Ви повинні бачити, як навколо вас обертаються сонце та зірки. Потім вимкніть землю (щоб ви могли бачити Землю), вимкніть атмосферу (щоб ви могли бачити зірки протягом дня), перейдіть на екваторіальну гору (Ctrl + M; це гора, де знаходиться більша частина неба нерухомий), і зменшуйте масштаб, поки Сонце, Місяць та всі планети не рухаються по колу.

Тепер уважно подивіться на рухи всіх планет. Вам слід побачити, що Місяць (і Сонце) йде по колах, ніколи не сповільнюючись. Це те, чого можна було б очікувати, якби вони обійшли Землю. Однак Меркурій не йде за цим рухом - він видимо зникає навколо Сонця. Марс також поводиться по-різному: він обходить круглий круг, потім зупиняється, йде назад, а потім знову кругообіг. Останню поведінку називають ретроградним рухом, і його пояснення займало багато античної астрономії. Стародавні греки придумали складну теорію епіциклів, щоб пояснити це, враховуючи, що планети обходили Землю і рухалися в ідеальних колах (жодне з них не відповідає дійсності сучасних знань).

Однак ретроградний рух можна легко пояснити, якщо Марс не обійшов Землю, а навпаки пішов навколо Сонця. Це просто означатиме, що Марс рухається ретроградно, коли ми його обганяємо на своїй орбіті. Крім того, це також пояснює, як кожен раз, коли Марс йде ретроградно, він знаходиться в його найяскравішому, плюс знаходиться на протилежному боці неба відносно Сонця. Це також пояснює, чому Меркурій робить свої петлі навколо Сонця.

Це не означає, що геоцентрична модель не в змозі враховувати однакові спостереження, але це кардинально простіше. У геліоцентричній моделі кожна планета обходить Сонце простим шляхом, еліпсом. У геоцентричній моделі кожна планета обходить Землю, але на епіциклі за епіциклом. Ось тоді ми застосовуємо Бритва Оккама і робимо висновок, що простіше пояснення є правильним.

Ну ... сезонний цикл є досить свідченням того, що Земля і Сонце орбітують один на одного. Будь орбіти В або В орбіти А - це аргумент щодо відносної маси. Якщо ви виявите, що рух усіх інших планет узгоджується з орбітою Сонця, але не з Землею, ви можете зробити висновок, що маса Сонця величезна і тому ледве впливає на потяг на Землю.

Детальні спостереження будь-якої зірки на небі виявляють, що Земля рухається по еліптичній орбіті зі швидкістю приблизно 30 км / с.

Коли лінію швидкості зору зірок вимірюють за допомогою ефекту Доплера, їх необхідно виправити на рух Землі. Якщо їх немає, то видно незрозумілу модуляцію швидкостей із періодом 1 року та амплітудою до 30 км / с, яка відрізнялася б залежно від напрямку зірки щодо орбіти Земля-Сонце. площині.

Аналогічно, геоцентрична модель не може пояснити, чому спостерігач на Землі бачить положення зірок на небі, виконуючи періодичні еліпси на небі з амплітудами (так само тригонометричний паралакс), які, здається, обернено корелюються з тим, наскільки вони далекі, але все з періодом одного року.

Можливо, це не ті "прості" експерименти, про які ви думали, але всесвіт не завжди може бути зрозумілий тим, що видно неозброєним оком та здоровим глуздом.

Це може спростити речі, але ось я:

• Створіть рівну поверхню (чим більше, тим краще, поки вона залишається рівною), наприклад, розмістивши дошку на нерухомій поверхні води.
• Опівдні поставте довгий жердину (чим довше, тим краще) вертикально.
• Виміряйте його тінь (напрям і довжину), яка повинна бути повністю на рівній поверхні.
• Попросіть когось зробити те ж саме (наприклад, однакова довжина жердини) одночасно далеко на північ від вас (чим далі, тим краще).
• Проведіть третину таких самих вимірів далеко на південь від вас.

Оцінюючи вимірювання, слід встановити:

• Поверхня Землі є приблизно сферичною (насправді Земля - ​​це сплетений еліпсоїд, але для підтвердження цього вам потрібно понад 3 вимірювання)
• Діаметр Землі знаходиться в межах повідомлених значень (+/- очікуване відхилення для похибки вимірювання та факт, що ви вимірювали лише дуже приблизну оцінку)
• Приблизна оцінка відстані земля-сонце за допомогою тріангуляції

За допомогою дверної камери тепер можна досягти приблизної оцінки фактичного діаметра Сонця за його видимим діаметром та оцінкою відстані зверху. Навіть накопичуючи всі похибки вимірювання, різниця в розмірі між сонцем і землею повинна бути на кілька порядків.

Прикладіть два кулі до протилежних кінців стрижня (чим світліший стрижень порівняно з кулями, тим краще). Кулі повинні бути приблизними наближеннями до встановлених вище вимірювань (наприклад, ви можете здогадатися, що сонце чистий водень, а земля - ​​чисте залізо, щоб досягти оцінки маси). Прикріпіть до стрижня рядок і знайдіть точку рівноваги. Швидше за все, це буде шлях до кулі, що представляє сонце (потрібно вмістити для ваги штангу).

Тепер ви можете змусити дві кульки обводити один одного під час звисання з струни.

Який з них обертається навколо іншого?

За відносно простого обладнання можна спостерігати поведінку супутників Юпітера. Якщо припустити гіпотезу про те, що Юпітер та всі планети обертаються навколо Землі, слід очікувати, що оклюзія супутників Юпітером відбуватиметься на регулярній основі. Але те, що ми бачимо, - це подія, яка відбувається в різний час відносно пов'язаних із Землею годинників, навіть не дуже точних, що доводить, що орбіта Юпітера - це не простий епіцикл навколо Землі. Крім того, спостереження будь-якого супутника, що не перебуває навколо Землі безпосередньо, ставить під сумнів земноцентричний вигляд.

Дуже просто: через відносний рух ніяких доказів не існує. Будь-яку ситуацію, з якою ви зіткнетеся, можна пояснити за допомогою геометричного модуля, що піддався налаштуванню. Альберт Ейнштейн прийшов до такого ж висновку, коли сказав: "Я повірив, що рух Землі не може бути виявлений жодним оптичним експериментом". і "... до питання, чи можна зробити рух Землі у просторі помітним у наземних експериментах. Ми вже зауважили ... що всі спроби такого характеру призвели до негативного результату. До теорії відносності було висунуто, важко було примиритися з цим негативним результатом ".