Исторические модели Солнечной системы - Historical models of the Solar System

Примерные размеры планет относительно друг друга. Наружу от солнце, планеты Меркурий, Венера, земной шар, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Диаметр Юпитера примерно в 11 раз больше диаметра Земли, а диаметр Солнца примерно в 10 раз больше диаметра Юпитера. Планеты не показаны на подходящем расстоянии от Солнца.

Исторические модели Солнечная система началось в доисторические периоды и обновляется по сей день. На протяжении всей истории модели Солнечной системы были впервые представлены в ранней форме разметка пещер и рисунки, календари и астрономические символы. Затем книги и письменные записи стали основным источником информации, отражающей то, как люди того времени думали о Солнечной системе.

Новые модели Солнечной системы обычно строятся на основе предыдущих моделей, таким образом, ранние модели отслеживаются интеллектуалами в астрономии, что является продолжительным прогрессом от попыток усовершенствовать систему. геоцентрический модель, чтобы в конечном итоге использовать гелиоцентрический модель Солнечной системы. Использование модели Солнечной системы началось как источник времени для обозначения определенных периодов в течение года, а также как источник навигации, которым пользовались многие лидеры прошлого.

Астрономы и великие мыслители прошлого смогли записать наблюдения и попытаться сформулировать модель, которая точно интерпретирует записи. Этот научный метод построения модели Солнечной системы - это то, что позволило продвинуться к более точным моделям, чтобы лучше понять Солнечную систему, в которой мы находимся.

Доисторическая астрономия

Обычно астрономия началась с открытия Гиппархом точки равноденствия за несколько тысячелетий до нашей эры, однако доисторические надписи в пещерах доказывают обратное.[1] Древние наскальные рисунки, обозначающие равноденствия и солнцестояния были обнаружены еще 40 000 лет назад исследователями из Эдинбургского и Кентского университетов.[1] Эти события использовались в качестве годового отсчета времени в Atalhöyük в течение 7000 г. до н.э .:

Jeguès Wolkiewiez обнаружил, что 122 из 130 Ледниковый период Палеолит пещеры, которые она посетила, были привязаны к дням равноденствия и солнцестояния.[1] Исследователи пришли к выводу, что именно специалисты по календарям использовали эти астрономические события, чтобы знать, когда начинать свои ритуалы.[1] Это подчеркивает их знания о расположении Солнца и Луны, что является основой для построения модели Солнечной системы.

Также, согласно НАСА, первые отметины пещеры лунный цикл были сделаны Ориньякская культура в 32 000 г. до н. э.[2] Эти отметки в пещерах считаются календарями, которые помогли людям определить циклы Солнечной системы, что является методом отслеживания времени. В пещерах Ласко было много наскальных рисунков с точкой посередине и от 11 до 14 точек вокруг центральной точки, что археологи датируют уже 15 000 г. до н. Э.[3] Александр Маршак, Профессор археологии палеолита в музее Пибоди Гарвардского университета, пришел к выводу, что эти точки представляют лунные циклы.[3]

Ранняя астрономия

Небесный диск Небры

В Небесный диск Небра, относящийся к бронзовому веку 1600 г. до н.э., представляет собой бронзовый диск, который представляет космос, состоящий из полумесяца, Солнца, 32 звезд и 3 дуг.[4] По словам профессора доктора Вольфхарда Шлоссера, наиболее правильная интерпретация небесного диска Небры состоит в том, что 32 точки представляют звезды, а дуги на краях диска, образующие угол 82 градуса, указывают на закат и восход солнца летом и зимой.[5]

Вавилонское толкование

Вавилоняне считали, что Вселенная вращается вокруг неба и Земли.[6] Они использовали методологические наблюдения закономерностей движения планет и звезд для предсказания будущих возможностей, таких как затмения.[7] Вавилоняне смогли использовать периодические появления Луны для создания источника времени - календаря. Это было разработано, поскольку появление полной луны было видно каждый месяц.[8] Эти 12 месяцев образовались в результате разделения эклиптики на 12 равных сегментов по 30 градусов, и им были даны зодиакальные названия созвездий, которые позже использовались греками.[9]

Китайские теории

У китайцев было несколько теорий строения Вселенной.[10] Первая теория - это Gaitian (небесная крышка) теория, упомянутая в старом математическом тексте под названием Чжоу Бэй Суань Цзин в 100 г. до н. э., когда Земля находится внутри неба, где небо действует как купол или крышка. Вторая теория - это Huntian (Небесная сфера) теория в течение 100 г. до н. Э.[10] Эта теория утверждает, что Земля плавает в воде, содержащейся в Небесах, что было принято в качестве теории по умолчанию до 200 года нашей эры.[10] В Сюанье Теория (вездесущая тьма) пытается упростить структуру, подразумевая, что Солнце, Луна и звезды представляют собой просто очень плотный пар, который свободно плавает в космосе без периодического движения.[11]

Греческая астрономия

Начиная с 600 г. до н.э. греческие мыслители обратили внимание на периодическую моду Солнечной системы. В этот период было озвучено множество теорий.[12] Парменид утверждали, что Солнечная система имеет сферическую форму, а лунный свет на самом деле является отражением солнечного света.[12]

Это геоцентрическая модель Солнечной системы с Землей в центре. На изображении выше также представлено предложение Евдокса.

Анаксагор предположил, что Луна ближе к Земле, чем Солнце, кометы образуются в результате столкновений планет и что движение планет контролируется ум (разум).[12] Пифагора студенты думали, что движение планет вызвано огнем в центре Вселенной, который питает их энергией, а Земля вращается вокруг этого огня. Они также утверждали, что Луна, Солнце и планеты вращаются вокруг Земли.[13]

Евдокс примерно в 400 г. до н.э. ввел метод описания движения планет, названный метод истощения.[14] Евдокс рассуждал, что, поскольку расстояния до звезд, Луны, Солнца и всех известных планет не меняются, они фиксируются в сфере, в которой тела движутся по сфере, но с постоянным радиусом, а Земля находится на центр сферы.[15] Евдокс подчеркнул, что это чисто математическая конструкция модели в том смысле, что сфер каждого небесного тела не существует, она просто показывает возможные положения тел.[16] Однако Аристотель модифицировал модель Евдокса, предположив, что сферы реальны.[17] Он смог сформулировать сферы для большинства планет, однако сферы Юпитера и Сатурна пересекли друг друга. Аристотель решил эту сложность, введя развернутую сферу.[17] Аристотель также попытался определить, движется ли Земля, и пришел к выводу, что все небесные тела падают к Земле по естественной тенденции, а поскольку Земля является центром этой тенденции, она неподвижна.[17]

Около 360 г. до н.э., когда Платон предложил свою идею для объяснения движений. Платон утверждал, что круги и сферы были предпочтительной формой Вселенной и что Земля находится в центре, а звезды образуют внешнюю оболочку, за ними следуют планеты, Солнце и Луна.[18] Однако этого было недостаточно для объяснения наблюдаемого движения планет. В период с 127 по 141 год нашей эры Птолемей пришел к выводу, что Земля имеет сферическую форму, основываясь на том факте, что не все регистрируют солнечное затмение в одно и то же время и что наблюдатели с севера не могут видеть южные звезды.[19] Птолемей попытался разрешить дилемму движения планет, в которой наблюдения не соответствовали идеальным круговым орбитам тел. Птолемей предложил сложное движение, названное Эпициклы.[20] Эпициклы описываются как орбита внутри орбиты. Например, глядя на Венеру, Птолемей утверждал, что она вращается вокруг Земли, и, вращаясь вокруг Земли, она также вращается вокруг исходной орбиты, которая показана на иллюстрации справа. Птолемей подчеркивал, что движение эпицикла не распространяется на Солнце. Эта модель, в которой Земля расположена в центре Солнечной системы, известна как Геоцентрическая модель.

Эпициклы планет, вращающихся вокруг Земли (Земля в центре). Синяя линия пути - это комбинированное движение планет по орбите вокруг Земли и внутри самой орбиты. Это попытка Птолемея объяснить сложное движение планет.

Средневековая астрономия

Исламская астрономия

В Исламский золотой век период в Багдад, взяв за основу работы Птолемея, были сделаны более точные измерения с последующими интерпретациями. В 1021 г. Ибн Аль Хайтам скорректировал Птолемей геоцентрическая модель его специальности в оптике в его книге Аль-шукук ата Батламюс что переводится как «Сомнения по поводу Птолемея».[21] Ибн аль-Хайтам утверждал, что эпициклы Птолемей представил наклонные плоскости, а не плоское движение, что разрешило дальнейшие противоречивые споры.[22] Однако Ибн Аль Хайтам согласился с тем, что Земля находится в центре Солнечной системы в фиксированном положении.[23]

Насир ад-Дин в XIII веке сумел объединить два возможных метода движения планеты по орбите, и в результате получил аспект вращения планет в пределах их орбит.[24] Коперник пришел к такому же выводу в 16 веке.[21] Ибн аль-Шатир В XIV веке, пытаясь разрешить противоречивую лунную теорию Птолемея, применил модель двойного эпицикла к Луне, которая уменьшила предсказанное смещение Луны от Земли.[25] Коперник также пришел к такому же выводу в XVI веке.[26]

Китайская астрономия

В 1051 г. Шен Куа, китайский ученый Прикладная математика, отклонил круговое планетарное движение. Он заменил его другим движением, описанным термином «ивовый лист». Это когда планета движется по круговой орбите, но затем она встречает другую небольшую круговую орбиту внутри или за пределами исходной орбиты, а затем возвращается на свою исходную орбиту, что показано на рисунке справа.[27]

До Ньютона

Гелиоцентрическая модель Коперника

Николай Коперник, размышляя о интерпретациях Солнечной системы Птолемеем и Аристолем, полагал, что все орбиты планет и Луны должны иметь совершенное равномерное круговое движение, несмотря на наблюдения, показывающие сложное ретроградное движение.[28] В 16 веке Николай Коперник представил новую модель, которая согласовывалась с наблюдениями и позволяла совершать круговое движение. Это известно как гелиоцентрическая модель, в которой Солнце находится в центре Солнечной системы, а Земля, как и все другие планеты, вращается вокруг нее. Гелиоцентрическая модель также решила проблему переменной яркости планет.[29] Коперник также поддерживал теорию сферической Земли с идеей о том, что природа предпочитает сферические пределы, которые можно увидеть на Луне, Солнце, а также на орбитах планет.[30] Коперник считал, что у Вселенной есть предел, сферический предел.[30] Коперник внес свой вклад в практическую астрономию, создав передовые методы наблюдений.[31] и измерения и обеспечение инструктивной процедуры.[32]

Визуальное представление Земли, вращающейся вокруг Солнца по эллиптической орбите.

Модель Кеплера

В 1609 г. Иоганн Кеплер, используя (Тихо Браге ) точных измерений, заметил несостоятельность гелиоцентрической модели, где Солнце находится точно в центре. Вместо этого Кеплер разработал более точную и последовательную модель, в которой Солнце находится не в центре, а в одном из двух фокусов солнечного света. эллиптическая орбита.[33] Кеплер вывел три закона движения планет, которые изменили модель Солнечной системы и орбитальный путь планет. Три закона движения планет:

  1. Все планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам (изображение слева), а не по идеально круговым орбитам.[34]
  2. Радиус-вектор, соединяющий планету и Солнце, имеет равную площадь через равные периоды.[35]
  3. Квадрат периода планеты (один оборот вокруг Солнца) пропорционален кубу среднего расстояния от Солнца.[36]
[36]

где a - радиус орбиты, T - период, G - гравитационная постоянная а M - масса Солнца. Третий закон объясняет периоды, которые происходят в течение года, что связывает расстояние между Землей и Солнцем.[37]

Открытия Галилея

С помощью телескоп обеспечивая более пристальный взгляд на небо, Галилео Галилей доказал гелиоцентрическую модель Солнечной системы. Галилей наблюдал фазы появления Венеры с помощью телескоп и смог подтвердить первый закон движения планет Кеплера и гелиоцентрическую модель Коперника.[38] Галилей утверждал, что Солнечная система состоит не только из Солнца, Луны и планет, но и из комет.[39] Наблюдая за движениями вокруг Юпитера, Галилей сначала подумал, что это действия звезд.[40] Однако после недели наблюдений он заметил изменения в паттернах движения, из которых он пришел к выводу, что это луны, четыре луны.[40]

Интерпретация Ньютона

После всех этих теорий люди все еще не знали, что заставило планеты вращаться вокруг Солнца. До 16 века, когда Исаак Ньютон представил Закон всемирного тяготения. Эта теория утверждала, что между любыми двумя массами существует сила притяжения, пропорциональная величине, обратной квадрату расстояния.[41]

[42]

где m_1 - масса Солнца, m_2 - масса планеты, G - гравитационная постоянная а r - расстояние между ними.[42]Эта теория смогла вычислить силу Солнца на каждой планете, что, следовательно, объяснило эллиптическое движение планет.[43]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Б. Свитман, Мартин (2018). «Расшифровка европейского палеолитического искусства: чрезвычайно древние знания о прецессии равноденствий». Афинский журнал истории. 5. arXiv:1806.00046. Bibcode:2018arXiv180600046S.
  2. ^ Дишонг, Рэйчел. «От геоцентрической к гелиоцентрической шкале времени». Сутори. Получено 31 мая, 2019.
  3. ^ а б "ephemeris.com Ранняя история астрономии - доисторическая". ephemeris.com. Получено 2019-06-03.
  4. ^ "Небесный диск Небры - древняя карта звезд". Энциклопедия древней истории. Получено 2019-06-03.
  5. ^ Каулинс, Андис (2005). "Die Himmelsscheibe von Nebra: Beweisführung und Deutung" [Небесный диск Небры: доказательства и интерпретация; Английский перевод доступен по адресу https://ancientworldblog.blogspot.com/2005/06/nebra-sky-disk.htm%5D (PDF). Эфодон-Синезис (на немецком языке): 45–51.
  6. ^ Север, Джон (1995). История астрономии и космологии Нортона. 500 Fifth Avenue, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 10110: История Нортона. ISBN  0-393-03656-1.CS1 maint: location (связь)
  7. ^ О'Нил, Уильям Мэтью (1986). Ранняя астрономия. От вавилонянина до Коперника. Мэрион Роуд, Нетли, Южная Австралия: Griffin Press Limited. п. 25. ISBN  0-424-00117-9.
  8. ^ О'Нил, Уильям Мэтью (1986). Ранняя астрономия. От вавилонянина до Коперника. Мэрион Роуд, Нетли, Южная Австралия: Griffin Press Limited. п. 35. ISBN  0-424-00117-9.
  9. ^ О'Нил, Уильям Мэтью (1986). Ранняя астрономия. От вавилонянина до Коперника. Мэрион Роуд, Нетли, Южная Австралия: Griffin Press Limited. п. 40. ISBN  0-424-00117-9.
  10. ^ а б c Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 90. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  11. ^ Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 91. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  12. ^ а б c Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 110. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  13. ^ Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 111. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  14. ^ Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 112. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  15. ^ Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 113. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  16. ^ Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 117. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  17. ^ а б c Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 118. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  18. ^ Педерсен, Олаф (1993). Ранняя физика и астрономия. Историческое введение. Кембридж (Великобритания): Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-40340-5.
  19. ^ Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 138. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  20. ^ Север, Джон (1995). История астрономии и космологии Нортона. 500 Пятая авеню, Нью-Йорк, 10110: W.W. Norton & Company, Inc., стр.115. ISBN  0-393-03656-1.CS1 maint: location (связь)
  21. ^ а б Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия. 175 Пятая авеню, Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. п. 192. ISBN  0-387-94107-X.CS1 maint: location (связь)
  22. ^ Север, Джон (1995). История астрономии и космологии Нортона. 500 Пятая авеню, Нью-Йорк, 10110: W.W. Norton & Company, Inc., стр.191. ISBN  0-393-03656-1.CS1 maint: location (связь)
  23. ^ Север, Джон (1995). История астрономии и космологии Нортона. 500 Пятая авеню, Нью-Йорк, 10110: W.W. Norton & Company, Inc., стр.192. ISBN  0-393-03656-1.CS1 maint: location (связь)
  24. ^ Веселовский, И. (1973). «Коперник и Насир ад-Дин ат-Туси». Журнал истории астрономии. 4: 128. Bibcode:1973JHA ..... 4..128V. Дои:10.1177/002182867300400205.
  25. ^ Робертс, Виктор (1957). "Солнечная и лунная теория Ибн аш-Шатира: докоперниканская модель Коперника". Чикагские журналы. 48 (4): 432. JSTOR  227515.
  26. ^ Робертс, Виктор (1957). "Солнечная и лунная теория Ибн аш-Шатира: докоперниканская модель Коперника". Чикагские журналы. 48 (4): 428–432. JSTOR  227515.
  27. ^ Север, Джон (1995). История астрономии и космологии Нортона. 500 Пятая авеню, Нью-Йорк, 10110: W.W. Norton & Company, Inc., стр.142. ISBN  0-393-03656-1.CS1 maint: location (связь)
  28. ^ Пиво, Артур (1975). Коперник. Хедингтон-Хилл-холл, Оксрфорд: Pergamon Press Ltd. стр. 8. ISBN  0-08-017878-2.
  29. ^ .Паннекук, Антон (2011). История астрономии. США: Dover Publications. ISBN  9780486659947.
  30. ^ а б Пиво, Артур (1975). Коперник. Хедингтон-Хилл-холл, Оксрфорд: Pergamon Press Ltd. стр. 13. ISBN  0-08-017878-2.
  31. ^ Пиво, Артур (1975). Коперник. Хедингтон-Хилл-холл, Оксрфорд: Pergamon Press Ltd. стр. 28. ISBN  0-08-017878-2.
  32. ^ Пиво, Артур (1975). Коперник. Хедингтон-Хилл-холл, Оксрфорд: Pergamon Press Ltd. стр. 29. ISBN  0-08-017878-2.
  33. ^ Мур, Патрик (1977). История астрономии. Paulton House, 8 Shepherdess Walk, Лондон: Macdonals and Jane's Publishers Limited. п. 44. ISBN  0-354-04033-2.CS1 maint: location (связь)
  34. ^ Север, Джон (1995). История астрономии и космологии Нортона. 500 Fifth Avenue, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 10110: История Нортона. п.319. ISBN  0-393-03656-1.CS1 maint: location (связь)
  35. ^ Север, Джон (1995). История астрономии и космологии Нортона. 500 Fifth Avenue, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 10110: История Нортона. п.321. ISBN  0-393-03656-1.CS1 maint: location (связь)
  36. ^ а б "Третий закон Кеплера | Представление Вселенной". astro.physics.uiowa.edu. Получено 2019-06-07.
  37. ^ Ричмонд, Майкл. "Третий закон Кеплера". spiff.rit.edu. Получено 2019-06-04.
  38. ^ Шаррат, Майкл (1994). Галилей: решительный новатор. The Pitt Building, Trumpington Dtreet, Cambridge: Press Syndicate of the University of Cambridge. п. 89. ISBN  0-521-56219-8.
  39. ^ Шаррат, Майкл (1994). Галилей: решительный новатор. The Pitt Building, Trumpington Dtreet, Cambridge: Press Syndicate of the University of Cambridge. п. 158. ISBN  0-521-56219-8.
  40. ^ а б «Открытие галилеевых спутников». solarviews.com. Получено 2019-06-07.
  41. ^ Север, Джон (2008). Космос: иллюстрированная история астрономии и космологии. Издательство Чикагского университета, Чикаго 60637: Чикагский университет Press Ltd. стр. 410. ISBN  978-0-226-59441-5.CS1 maint: location (связь)
  42. ^ а б "Сэр Исаак Ньютон: Всемирный закон тяготения". www.pas.rochester.edu. Получено 2019-06-07.
  43. ^ Север, Джон (2008). Космос: иллюстрированная история астрономии и космологии. Издательство Чикагского университета, Чикаго 60637: Чикагский университет Press Ltd. стр. 413. ISBN  978-0-226-59441-5.CS1 maint: location (связь)