Original: https://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/Ideas/lecture1.html

Dr. David Taylor

Astronoomial on väga vana, eelajalooline päritolu. Muistsed rahvad veetsid öise taeva all palju rohkem aega kui meie (öösel nende karju jälgides) ning nad ei pidanud leppima õhusaaste ja eredate linnatuledega. Siin on see, mida nad nägid:

1) Taevas on täis tähti, mis on fikseeritud kindlate mustrite järgi, mida me nimetame tähtkujudeks. Neid on kaardistanud astronoomide põlvkonnad, täpselt nagu Maad on kaardistanud põlvkondade kartograafid. Sun  ja Moon liikuge aeglaselt sellel tähtkujude taustal justkui tähed oleksid kindlale kerale kinnitatud ning Päike ja Kuu liugleksid selle kohal. Kõik taevas pöörleb iga päev põhjataeva kindla punkti ümber. Parempoolne pilt illustreerib seda: see on ühetunnine ajasäritatud foto taevase põhjapooluse lähedal asuvatest tähtedest, mis näitab nende pöörlemiskaart. Keskpunkt on Polaris, põhjatäht, mis asub peaaegu põhjapooluse kohal ja seetõttu ei pöörle. (Sinine triip on Hyakutake komeet, mis möödub Maast 1996. aastal.)

2) Kui vaatate igal hommikul päikesetõusul idahorisondi, märkate, et Päike ei tõuse iga päev täpselt samasse kohta horisondil. (Samamoodi ka seal, kus see päikeseloojangul alla läheb.) Pigem nihkub see NS-i aeglaselt mööda silmapiiri, liikudes 21. detsembril (aasta lühim päev ehk talvine pööripäev) lõunapoolseimasse asendisse ja põhjapoolseimasse asendisse. juunil (aasta pikim päev ehk suvine pööripäev). Erinevad tõusupunktid loovad aasta jooksul erineva pikkusega päeva.

Teisisõnu, Päikesel on erinevalt tähtedest kaks liikumist. Lisaks sellele, et Päike pöörleb iga päev üle taeva, liigub Päike ka tähistaustal. Varased kreeklased pidasid tähti fikseerituks kristalse sfääri külge, mis lihtsalt pöörles ümber Maa. Niisiis arvasid nad, et Päike peab asuma teisel kuulil, mis on kinnitatud tähesfääri siseküljele ja pöörleb kord aastas ümber teise telje, mis on tähistara pöörlemistelje suhtes nurga all. Selline paigutus võib panna Päikese tõusma ja loojuma iga päev, lisaks pöörlema ​​igal aastal tähesfääri sisekülje ümber ning liikuma NS-i mööda horisondi täpselt samal viisil.

Fotomontaaž päikesetõusu iga-aastasest liikumisest Illinoisi talu kohal. Vasakult paremale minnes on fotod tehtud suvise pööripäeva, sügisese pööripäeva ja talvise pööripäeva ajal. Need võeti samast punktist ida poole, mis tähendab, et põhi on vasakul. Pange tähele, et Päike ei tõuse otse ülespoole, vaid tõuseb nurga all, mis ei muutu aastaringselt. Selle põhjuseks on Maa kallutamine. Tõusunurga suurus varieerub sõltuvalt teie laiuskraadist.

3) Kuu liigub nagu Päike, välja arvatud teisiti. Esiteks liigub see tähtede taustal palju kiiremini. Silmapiiril asuv koht, kus Kuu tõuseb iga päev, nihutab NS-d, nagu Päike, kuid Kuu lõpetab täistsükli vaid 29,5 päevaga, mitte aastaga. Samuti ei järgi Kuu iga tsükli ajal täpselt sama rada, nagu Päike. Ühe aasta pärast naaseb Päike tähistaustal alati täpselt samasse kohta, kuid 29,5 päeva pärast Kuu mitte. See kudub väga aeglaselt, umbes 19 aasta jooksul, edasi-tagasi piirkonnas, mis näib ringlevat taevast nagu vöö. Seda vööd tuntakse ka sodiaagina.

Enamik iidseid rahvaid uuris taevast hoolikalt, sest oli tunda, et taevased objektid võivad Maad mõjutada. Kui mitte midagi muud, lõid nad kindlasti aastaaegu ja tegid mõõna. Kuid iidsed tsivilisatsioonid kas ei teinud jõupingutusi nähtu selgitamiseks või omistasid selle üleloomulikele põhjustele.

Ühe suure erandiga. Umbes 500. aastal eKr arenes Vana-Kreekas välja tsivilisatsioon, mis vaatas maailma palju teisiti. Kreeklased olid lummatud matemaatikast ja numbritest ning nad tahtsid selgitada taevakehade liikumist geomeetriaga. Kreeklased jõudsid järeldusele, et kõik taevased objektid olid kinnitatud hiiglaslike kristallkerade külge, mis pöörlesid ümber Maa täiusliku ja ühtlase liikumisega. See oli osaliselt tingitud sellest, et ühtlane pöörlemine (esmapilgul) näib taevaseid liikumisi päris hästi kirjeldavat, ja osaliselt seetõttu, et arusaam, et taevad koosnesid täiuslikest sfääridest, tundus neile lihtsalt õige. Millest muust saaks taevast ehitada, välja arvatud kõige täiuslikumalt sümmeetriline kuju?

MÄRKUS – Oluline on mõista, et teaduse teooriad ei ole nii õiged ega valed, kuivõrd kasulikud või mitte. Taeva visualiseerimine Maad ümbritseva hiiglasliku sfäärina on idee, mida kasutatakse ka tänapäeval, ja igal juhul ei ole Kreeka ideede tegelik tähtsus mitte see, kas need olid “õiged” või “valed”, vaid pigem tõsiasi, et kreeklastel olid esiteks füüsilised ideed. Füüsika kõige olulisem mõte on see, et on olemas selline asi nagu füüsika.

Võib-olla on kõige kriitilisem erinevus teaduslike ja mitteteaduslike mõistete vahel see, et teaduslikel on tagajärjed. Kui otsustate, et jumalad lükkavad Kuu ümber taeva, ei suuda Kuu midagi üllatada, sest olete juba otsustanud, et see kõik on niikuinii arusaamatu. Või kui kasutada kaasaegsemat analoogiat, kui olete juba otsustanud, et seletamatu valguse taevas põhjustasid planeedilt Zargon pärit ufod, siis ei pea miski, mida ütlete, mingit mõtet, sest võite lihtsalt väita, et selle põhjustas tundmatu üliteadus. Teisest küljest, kui teil on Kuu liikumise jaoks konkreetne, füüsikal põhinev mudel, siis on teil võimalik märgata kõrvalekaldeid sellest mudelist ja mõelda, mida see tähendab.

Kristallkera mudel on teaduslik mudel, sest sellel on tagajärjed. Näiteks kui Päike liigub ühtlaselt, siis peaks olema nii, et ajad suvise pööripäeva, sügisese pööripäeva, talvise pööripäeva ja kevadise pööripäeva vahel on kõik võrdsed. (See tähendab, et kõik neli aastaaega peaksid olema täpselt ühepikkused.) Erinevalt mitteteaduslikest kontseptsioonidest on see ennustus midagi, mida saab katsetada ja mis tuleb tõeks pidada, kui me tahame uskuda kristall-sfääri mudelisse.

Kui kreeklased pööripäeva ja pööripäeva aegu tähelepanelikult vaatasid, avastasid nad ehmatusega, et ajad on väga lähedal võrdsetele – kuid mitte sigarit. Need varieeruvad veidi, umbes ühe päeva jooksul.

Kreeka astronoom ja matemaatik Eudoxus suutis selle probleemiga arvestada, lisades mudelisse veel rohkem sfääre (kokku kolm Päikese ja viis Kuu jaoks) – mis illustreerib kenasti head punkti teaduslike teooriate arenemisest. Kui näete midagi, mis teie praeguse teooria raames ei tööta, siis on kõige loomulikum teooriat laiendada või täiendada, selle asemel, et see täielikult välja visata.

Marsi tagasiminek Skorpioni tähtkujus 1972

Kristallkera mudel langes ja vajus lõpuks ära, kuna ei suutnud rahuldavalt arvestada viie klassikaliselt tuntud planeedi (Merkuur, Veenus, Marss, Jupiter, Saturn liikumist). Palja silmaga tunduvad planeedid olevat väga heledad, põrutamatud tähed, mis erinevalt teistest tähtedest liiguvad aeglaselt fikseeritud tähtkujude suhtes. (Sõna “planeet” pärineb kreeka keelest “rändaja”.) Planeedid olid vaid viis valguspunkti tuhandetest, kuid sellegipoolest nad seal olid. Erinevalt Päikesest ja Kuust on planeetidel keerukad liikumised, mille käigus nad mõnikord peatuvad ja isegi vastupidist suunda pööravad ning näivad liikuvat tahapoole, tähtede pöörlemise vastu. Seda nimetatakse retrograadseks liikumiseks ja see on illustreeritud paremal. (Klõpsake siin, et illustreerida, miks planeedid võivad tagurpidi liikuda.)

Planeedi liikumise arvestamiseks võeti kasutusele ühtse ringliikumise põhimõtte variatsioon. Eeldati, et planeedid liikusid mööda epitsüklit, mis olid väiksemad ringid, mis olid kinnitatud ja keskendunud suurematele ringidele (pigem nagu orbitaalhammasrattad, kui teate, mis need on). Põhimõtteliselt võib vastassuunas pöörlevate ringide paigutamisel luua liikumisi, kus planeedid liiguksid teatud aegadel tagasi.

Paraku avastasid Kreeka ja seejärel Rooma astronoomid, et üks epitsükkel planeedi kohta ei suuda nende liikumisi piisavalt kirjeldada, ja nii – nagu arvate – hakkasid nad epitsüklit epitsüklile kuhjama ja lõpuks kasutasid nad sadu, et kirjeldada vaid viie planeedi liikumist. Veelgi hullem, nad hakkasid lõpuks kasutama epitsükleid, mille keskpunktid olid põhiringist eemal või pöörlesid ümber telgede, mis ei läbinud ringi keskpunkti. Ühesõnaga, nad olid Eudoxuse elegantsetest kristallkeradest kaugele kaugele liikunud ja keegi ei uskunud tegelikult, et epitsüklid tähendavad füüsiliselt midagi. Tegelikult ei saaks epitsüklit sõna otseses mõttes võtta, sest enamik erinevate planeetide ringidest katavad üksteist ja kuidas see oleks võimalik, kui need oleksid kindlad? Samuti olid paljud epitsüklid kasvanud nii suureks, et kui planeet oleks tõesti ühe külge kinnitatud, peaks see dramaatiliselt sisse ja välja liikuma – see tähendab, et planeedi suurus ja heledus peaksid Maa pealt vaadatuna drastiliselt varieeruma. Kuid see pole tõsi.

Aastaks 200 pKr, kui Rooma astronoom Ptolemaios kirjutas lõpliku lõpliku traktaadi epitsükli teooriast (tuntud kui Almagest, mis on araabia keeles “suurim”), peeti epitsükleid ainult matemaatiliseks väljamõeldiseks. Rooma impeeriumi läänepoolne pool lagunes neljandal sajandil ja kui Aleksandria suur raamatukogu põletati 404. aastal pKr, lõppes astronoomia esimene ajastu. Ptolemaiose raamat oli viimane sõna astronoomiast ligi 1300 aasta jooksul.