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 ואפשר לו להקדיש מזמנו להמשך לימודי אסטרונומיה. בגיל 31 הוא צפה במצב נדיר של פלנטות, כאשר פלנטות קרובות חולפות זו על פני זו. מפגש זה גרם לכך שכל חמש הפלנטות הידועות והירח נמצאים 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 מהפלנטות של השמש. בשנת 1512 פרסם קופרניקוס פרשנות קצרה המכילה את תמצית ההשערה החדשה שלו: השמש היא מרכז מערכת השמש, הפלנטות נעות 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 השמיימיות" (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 ופלנטות אחרות נעות סביב השמש. רק 400 עותקים של ספר זה הודפסו ורק חלק קטן ממנו עוסק בהשערה ההליוצנטרית. אבל המשמעות המודרנית של המילה "מהפכה (Revolution)" – מהפך פוליטי וחברתי פתאומי – מקורה בכותרת ספרו של קופרניקוס.
באדיבות וויקיפדיה
כאשר פרסם 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 פלנטות. זו הייתה 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 לעצור". 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 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 עליה 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 המודל הנכון. הוא נפטר 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 הפלנטות 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 ההליוצנטרי?
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 הפלנטות במסלולים סביב השמש. הוא מספק הסבר פשוט לעובדה שמרקורי ונוגה מופיעים תמיד קרוב לשמש. במודל של תלמי, תנועות הנסיגה של הפלנטות מוסברות באמצעות תנועה מלאכותית סביב גלגלי עזר. במודל הקופרניקאני מוסברת התופעה באופן טבעי בשל מהירויות שונות של פלנטות במסלולים שלהן. כדור הארץ "עוקף" את מאדים במסלולו הפנימי, לכן מאדים נראה באופן זמני משנה את כיוון תנועתו ביחס לכוכבים הרחוקים.
הדגם החדש של קופרניקוס היה 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 התער של אוקם בשיטה מדעית, שבה רעיונות פשוטים עדיפים על פני רעיונות מורכבים. במודל ההליוצנטרי, המרווח היחסי של הפלנטות נקבע באופן ייחודי באמצעות תנועותיהם הנראות. יש סדירות של תנועות כי הפלנטות הקרובות ביותר לשמש נעות במהירות מסלולית גבוהה. הפלנטות הפנימיות נראות תמיד ליד השמש. פלנטותחיצוניות נראות בכל זווית ביחס לשמש ויכולות לעיתים לבצע תנועת נסיגה. קופרניקוס הכיר את עבודתו של אריסטרכוס והיה 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 הייתה 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 כשצירו מוטה. את התנועה לכאורה של כדור הכוכבים ניתן להסביר על ידי הסיבוב יומי של כדור הארץ. כמה מבקרים טענו כי בלתי סביר שמהירות הסיבוב בקו המשווה של כדור הארץ מגיע לכדי אלף קילומטרים לשעה, ולפי המודל הגיאוצנטרי כדור הכוכבים נדרש לנוע במהירות הגדולה פי אלף פעמים ממהירות קו המשווה! ההתנגדות העיקרית האחרונה התבססה על היעדר שינויעונתי בזוויות ובבהירות הכוכבים. במודל הגיאוצנטרי, הכוכבים מקיפים את כדור הארץ במרחק קבוע ולכן אינם משנים את בהירותם או את המרחקים הזוויתיים בשמים. עם זאת, במודל הליוצנטרי, כדור הארץ חייב לשנות את המרחק שלו מכל חלק של כדור הכוכבים בהתחלף עונות השנה. אבל אף כוכב לא משנה את בהירותו, ואף קבוצת כוכבים לא משנה את גודלה במשך שנה. מגיני ההשקפה ההליוצנטרית נאלצו לשער שהכוכבים כה רחוקים עד ששינויים אלה אינם משפיעים על מראה הכוכבים. זהו מצב לא נוח במונחים של שיטה מדעית – המודל צריך להסביר תחזית שלא נצפתה!
באדיבות University of Iowa.
מהו מרחק הכוכבים לפי המודל הקופרניקאני? כדי להבין זאת עלינו להציג את רעיון הפרלקסה. פרלקסה הוא השינוי בזווית המתרחש כאשר אובייקט סמוך נראה על רקע מרוחק משני פרספקטיבות שונות. זה רעיון מוכר. תארו לעצמכם נהיגה במכונית יחסית לרכס הרים מרוחק באופק. עץ סמוך נראה זז מהר יותר מעץ מרוחק הקרוב לאופק – זהו השינוי בזווית הפרלקסה. החזק את האגודל בזרוע פשוטה והבט בה לחליפין פעם עם עין שמאל ולאחר מכן עם עין ימין. השינוי הקל בפרספקטיבה מעין אחת לאחרת הוא שינוי הפרלקסה. כך אנו מקבלים תפיסת עומק בראייה שלנו. אם אתה יודע את המרחק בין שתי נקודות התצפית ואת זווית פרלקסה, חישוב בעזרת גיאומטריה פשוטה תיתן לך את המרחק אל האובייקט. אם זווית זו קטנה, ניתן להשתמש במשוואה לזוויות קטנות.
אותו רעיון חל גם על כוכבים. במודל הגיאוצנטרי, ניתן להניח כי ימצא הבדל בזווית בין שני כוכבים כאשר התצפיות נעשות בזמנים שונים בשנה או ממיקומים שונים על פני כדור הארץ. אבל בתצפיות כאלו לא מוצאים הבדל בזוויות בין הכוכבים. 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, תוך כדי תנועת כדור הארץ במסלולו סביב השמש. אך שום תזוזה לא נצפתה. אנו יכולים להשתמש במשוואת הזוויות הקטנות כדי להראות עד כמה רחוקים צריכים הכוכבים להיות כדי להסביר זאת. מגבלת התצפית הייתה זווית שגודלה כ- 1 דקת קשת ('1) או 60 שניות קשת ("60),
ולכן:
d / D <(a / 206,265) <0.003
מכאן:
D / d > 3300.
כלומר הכוכבים היו צריכים להיות לפחות 3300 פעמים רחוקים יותר מאשר קוטר מסלול כדור הארץ סביב השמש כדי שלא ניתן יהיה לצפות בפרלקסה! לאנשים רבים היה 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 המצאת הדפוס מאה שנים קודם לכן, הרעיון ההליוצנטרי כבר נדון במרכזי הלימוד בכל רחבי אֵירוֹפָּה. המהפכה הקופרניקאית הייתה בעיצומה ודרך החשיבה שלנו על היקום לעולם לא תחזור לאחור.