Episodul 2 al serialului "Bine aţi venit în Univers!", intitulat "Dincolo de cerul nopţii", face o trecere în revistă a descoperirilor din astronomie începând din vremea vechilor greci, continuând cu Ptolemeu, Copernic, Kepler şi ajungând la marele Galileo Galilei (video inclus).
"Bine aţi venit în Univers!" - Introducere
Începând chiar cu vremea lui Aristotel, cele mai larg acceptate modele cosmologice plasau cu fermitate Pământul în centrul Universului. Este vorba de aşa-numitele modele geocentrice. Primii astronomi detectau tipare în deplasarea obiectelor cereşti, iar prin observarea şi prezicerea acestor tipare a luat naştere ştiinţa astrometriei. Astronomul grec Hipparchus a fost probabil primul care a combinat matematica şi astrometria, iar comparând poziţiile actuale ale stelelor cele mai strălucitoare cu cele înregistrate de către predecesorii săi, Timocharis şi Aristillus, a descoperit precesia Pământului.
Deşi aceasta a fost o descoperire remarcabilă, au trebuit să treacă încă 300 de ani până când munca sa a fost dusă mai departe de către foarte influentul savant romano-egiptean Ptolemeu. Descoperirile lui Hipparchus au reprezentat doar începutul astrometriei matematice cantitative care aveau să fie esenţiale în dezvoltarea trigonometriei, geometriei sferice şi, în cele din urmă, în invalidarea modelului geocentric. Totuşi, nu Ptolemeu avea să fie cel care să conteste modelul geocentric. El era un partizan puternic al geocentrismului aristotelic. Prin combinarea unei cantităţi imense de date colectate în antichitate, inclusiv cele provenind de la Hipparchus, a luat naştere "Marea Compilaţie" - lucrarea de căpătâi a lui Ptolemeu - Almagest. Aceasta consta din 13 volume şi formula un model matematic al cosmosului care avea să reziste timp de 13 secole. În al său "Almagest" Ptolemeu a propus ideea că Pământul se află în repaus în chiar centrul Universului, cu Luna, Soarele şi cele 5 planete cunoscute pe atunci, rotindu-se în jurul său. Mai departe în domeniul celest se găseau stelele fixe, mişcându-se laolaltă ca o sferă. Aranjamentul corpurilor cereşti propus de Ptolemeu era de departe cel mai popular, în ciuda opţiunilor alternative sugerate anterior de Platon şi ulterior de alţi astronomi. Dar, asemenea tuturor modelelor geocentrice, şi acesta se confrunta cu o problemă majoră.
Iată despre ce este vorba:
Când privim cerul nopţii, observăm stelele şi celelalte corpuri cereşti deplasându-se de la est la vest. Fenomenul era cunoscut sub numele de mişcare sau rotaţie diurnă. Se datorează rotaţiei Pământului în jurul axei sale numită şi considerată în modelul lui Ptolemeu rotaţia cerurilor. Totuşi, periodic, de-a lungul unui an fiecare dintre planetele Sistemului Solar îşi schimba direcţia aparentă de deplasare, aşa cum e aceasta văzută de pe Terra, călătorind pentru o vreme în sens invers înainte de a reveni la direcţia iniţială de mişcare. Pentru Ptolemeu şi contemporanii săi această mişcare retrogradă reprezenta, într-adevăr, un fenomen foarte ciudat, dar trebuie avut în vedere faptul că la acea vreme planetele nu erau considerate alte lumi, similare cu Terra, ci mai degrabă simple indicatoare ale unor evenimente astrologice, posibil posedând chiar raţiune proprie. Mai mult decât atât, nu existau cunoştinţe despre mecanica cerească şi gravitaţie ori vreo teorie validă despre orbitele planetelor. Totuşi, Ptolemeu a insistat să formuleze o explicaţie matematică, mai ales că pe atunci sarcina principală a astronomului era să facă predicţii corecte cu privire la poziţia stelelor şi constelaţiilor, astfel încât astrologii să poate să îşi formuleze corect interpretările.
Pentru a rezolva problema, a apelat la lucrările unui predecesor - Apollonius, care trăise cu aproximativ 3 secole înaintea sa. Apolonius dezvoltase un sistem în care traiectoriile planetelor urmau mici cercuri - aşa-numitele epicicluri. Fiecare epiciclu (practic centrul său) descrie el însuşi un alt cerc, mult mai mare, numit deferent. Ptolemeu a dezvoltat această idee plasând centrul fiecărui deferent la jumătatea distanţei dintre Pământ şi un punct dedus prin calcule şi botezat ecuant. El a admis că asta era soluţia optimă pentru problema mişcărilor retrograde, asta în ciuda faptului că astfel contrazicea părerile contemporanilor săi conform cărora toate obiectele cereşti descriu cercuri perfecte, uniforme, în jurul Pământului. Şi asta fiindcă traiectoria rezultantă descrisă de o planetă în sistemul ptolemeic în jurul Terrei era un epitrocoid.
Acest rezultat rezolva şi o altă problemă: schimbarea distanţelor aparente între Pământ şi planete. Ptolemeu şi-a definitivat modelul într-o altă lucrare - "Ipoteze planetare", după care s-a dedicat altor domenii, incluzând aici astrologia şi horoscopul. În ciuda eforturilor sale neobosite, încercările lui Ptolemeu de a alinia observaţiile experimentale la presupunerea teoretică a Universului geocentric sunt considerate un exemplu de abordare greşită a cercetării ştiinţifice. Cu toate acestea, suferind doar modificări minore de-a lungul secolelor, modelul lui Ptolemeu va domina astronomia până în perioada Renaşterii şi a apariţiei lucrărilor unui astronom polonez pe nume Nicholaus Copernic.
În 1543, după mai bine de 3 decenii de muncă, Copernic publica opera sa de căpătâi: "Despre revoluţia sferelor cereşti", 6 cărţi care conţineau primul model ştiinţific heliocentric, deci care poziţiona Soarele în centrul Universului. Deşi nu era cu certitudine primul care să postuleze heliocentrismul, citând din lucrările lui Aristarh, care trăise cu 1200 de ani înaintea sa, Copernic a venit cu o abordare ştiinţifică mai solidă care a avut drept rezultat o modalitate superioară de reprezentare a Universului. Începuse revoluţia copernicană.
Deşi modelul său nu se va bucura de succes pentru următorii 150 de ani, deoarece conducea la predicţii astrometrice inferioare modelului ptolemeic, Copernic interpretase corect faptul că aparenta mişcare retrogradă a planetelor, care îi pusese în dificultate pe Ptolemeu şi pe contemporanii acestuia, era o simplă iluzie. Deoarece planetele călătoresc pe orbite diferite şi cu viteze diferite, se manifestă un efect numit paralaxă atunci când Pământul trece prin dreptul lor. Efectul este valabil şi atunci când planetele interioare, Mercur şi Venus, depăşesc Pământul.
Merită menţionat şi faptul că acceptarea timpurie a modelului copernican, atât cât a existat, s-a produs din motive greşite. Adepţilor teoriei sale le plăcea folosirea orbitelor circulare care era în acord cu ideea încă larg răspândită a cerurilor perfecte.
Dar, 15 ani mai târziu, în plină revoluţie ştiinţifică, matematicianul german Johannes Kepler contesta modelul lui Copernic. În timp ce lucra pentru astronomul danez Tycho Brahe, Kepler a primit sarcina de a studia orbita planetei Marte. Manifestase deja interes pentru cosmologia copernicană şi era deranjat de erorile care apăreau între observaţiile făcute de Brahe în cazul planetei Marte şi orbitele pe care le calcula folosind sistemul ptolemeic. S-a decis să folosească în schimb orbite non-circulare în sistem copernican şi, după multe încercări eşuate, a ajuns la o formă pe care anterior o considerase a fi prea simplă: o elipsă. 4 ani mai târziu, în 1609, publica lucrarea "Astronomia Nova" (O nouă astronomie), în care prezenta două din cele 3 legi ale sale privind mişcarea planetelor, cea de-a treia urmând să fie descoperită 10 ani mai târziu. Lucrarea a fost o altă operă majoră care nu s-a bucurat imediat de susţinere. De fapt, a fost aproape complet trecută cu vederea, şi asta în ciuda câtorva verificări independente venite din partea a câţiva astronomi. Cea mai influentă lucrare a sa avea să fie gata de publicare de-abia în 1621: "Rezumatul astronomiei copernicane" (The epitome of copernican astronomy): conţinea toate legile de mişcare introduse de el, iar după moartea sa, în 1630, avea să lămurească şi să inspire mulţi astronomi de pretutindeni.
În acelaşi an în care Kepler publica "Astronomia Nova", un om de ştiinţă toscan se familiariza cu un nou tip de tehnologie cu ajutorul căreia observa obiectele de la distanţă folosind principiile opticii, care fuseseră dezvoltate în ultimii 2000 de ani. Galileo Galilei efectuase modificări repetate la propriul model de telescop, un design inspirat de cel introdus în premieră de un optician olandez cu un an în urmă. Cu ajutorul acestui remarcabil instrument a început să observe cerul nopţii într-o manieră complet nouă, iar în ianuarie 1610 a descoperit aşa-numitele luni galileene: Callisto, Europa, Io şi Ganymede. La început a crezut că e vorba de stele foarte puţin vizibile, dar, după ce le-a studiat mişcarea de-a lungul mai multor zile, a concluzionat că de fapt se mişcau pe orbită în jurul lui Jupiter. Mulţi dintre contemporanii săi au refuzat să-l creadă, mai ales că o asemenea descoperire nu era în acord cu cosmologia aristotelică. Mai târziu în acelaşi an Galilei avea să descopere că Venus etala un set complet de "faze", ca şi în cazul Lunii. Aceasta a fost cea mai importantă observaţie astronomică a lui Galileo Galilei. Deşi nu confirma modelul heliocentric, descoperirea demonstra că Venus se roteşte în jurul Soarelui. Poate că acest lucru era valabil şi în cazul altor planete. Galileo Galilei a întâmpinat o opoziţie extraordinară din partea Bisericii Catolice din cauză că a susţinut modelul heliocentric propus de Copernic. În ciuda încercărilor sale de a reconcilia descoperirile făcute cu Sfânta Scriptură, şi-a petrecut ultimii ani din viaţă în arest la domiciliu, dar seminţele îndoielii fuseseră deja plantate în mintea oamenilor de ştiinţă. Heliocentrismul îşi va revendica lent, dar sigur, supremaţia de drept în faţa geocentrismului.
Abordarea metodică a lui Galilei a marcat adevăratul început al astronomiei ştiinţifice moderne. El este cunoscut drept părintele ştiinţei moderne, cel care a pus bazele metodei ştiinţifice, acordând întâietate verificărilor experimentale în faţa presupunerilor de natură teoretică. Înarmaţi cu această nouă metodă ştiinţifică, oameni de ştiinţă şi matematicieni uriaşi precum Isaac Newton, Joseph-Louis Lagrange şi Albert Einstein aveau să dezvolte în cele din urmă domeniul mecanicii cereşti, teorii care explică mişcarea corpurilor cereşti în termenii interacţiunilor de natură gravitaţională dintre acestea. În prezent, vechea astrometrie şi relativ tânăra mecanică cerească sunt unite în cadrul astrofizicii, iar la 400 de ani de la începuturile ştiinţei moderne astrofizicienii explorează un Univers mai straniu şi mai frumos decât şi-ar fi putut imagina oricare dintre eroii acestui episod.
"Bine aţi venit în Univers!" (3)
Articolul de mai sus este adaptarea textului folosit în film.
Traducerea: Scientia.ro.
Videoclipul original este disponibil sub licenţa Creative Commons.
