Predchádzajúce tri články sme venovali poznávaniu štruktúry sveta v malom. Je čas obrátiť pohľad na oblohu a pozrieť sa na štruktúru sveta vo veľkom. Ako ľudia objavili podobu nášho vesmíru? A ako zistili podobu našej slnečnej sústavy?
Prví sa snažili zostaviť model usporiadania sveta s cieľom vysvetliť svoje pozorovania antickí Gréci a Rimania. Aj iné kultúry a civilizácie pred nimi budovali tieto predstavy, ale tie boli založené skôr na filozofických a náboženských základoch.
Čo Gréci (ne)vedeli
Antickým Grékom bolo známe, že Zem je guľa a poznali aj jej veľkosť. Guľatosť Zeme usúdili z tvaru tieňa, ktorý vidíme pri zatmeniach Mesiaca, veľkosť Zeme na základe slávneho Eratostenovho pozorovania: kým Slnko v Asuáne svieti priamo do hlbokej studne, v severnejšej Alexandrii úplný nadhlavník nedosahuje. Vedeli tiež, aký veľký je Mesiac a ako je ďaleko. Jeho veľkosť určili opäť vďaka zatmeniam a vzdialenosť od Zeme porovnaním s uhlovou veľkosťou na oblohe. V antickom Grécku tiež poznali planéty Merkúr, Venuša, Mars, Jupiter a Saturn. Z gréckeho planétes, t. j. pútnik, pochádza aj slovo planéta. Týchto päť svetiel na oblohe nemá stálu polohu, ale medzi ostatnými bodkami putujú. Pohybujú sa približne po tej istej čiare ako Slnko, ktoré urobí na hviezdnom pozadí za rok jednu otočku. Dve z planét, Merkúr a Venuša, nikdy nie sú od Slnka priveľmi ďaleko, zvyšné tri sa môžu nachádzať aj na opačnej strane oblohy ako Slnko. Antické merania mali obmedzenú presnosť, ale tá nebola hlavným problémom ich predstáv o usporiadaní sveta.
Nie všetko, na čom ich Gréci stavali, bolo správne. Veci, ktoré sa nachádzali mimo Zeme, považovali za dokonalé a verili, že pre ne neplatia rovnaké pravidlá ako tu na Zemi. S dokonalosťou išla ruka v ruke guľatosť telies a dráhy v tvare kružníc. Všetko vo vesmíre okrem Zeme, Mesiaca, Slnka a planét považovali za stále a nemenné. Hovorili tomu sféra stálic. Najpodstatnejšie však je, že ich predstava o fungovaní sveta bola daná aristotelovskou fyzikou. Za prirodzený stav hmoty považovali pokoj a každý pohyb potreboval hýbateľa, ktorý tento pohyb spôsobuje. Tvrdili, že pred mety majú svoje prirodzené miesto, ktoré je tým bližšie k stredu vesmíru, čím je predmet ťažší.
Antický geocentrizmus
Na základe týchto predstáv v 4. storočí pred naším letopočtom sformuloval grécky filozof Aristoteles (384 pred n. l. – 322 pred n. l.) model, ktorý mal popisovať usporiadanie telies vo vesmíre. V strede vesmíru sa nachádzala nehybná Zem, okolo ktorej po kružniciach obiehal Mesiac, planéty a Slnko. Za planétami bola sféra stálic, ktorá sa okolo Zeme otáčala. To bolo najjednoduchšie usporiadanie, ktoré bolo konzistentné s predstavou o fungovaní sveta. Vďaka centrálnej polohe Zeme sa tomuto a podobným modelom hovorí geocentrické. Z Aristotelovho modelu sa dalo vypočítať, kde na oblohe by sa mali vesmírne telesá nachádzať. Postupne sa ukázalo, že parametre modelu sa nedajú nastaviť tak, aby predpovede zodpovedali realite. Grécki a rímski astronómovia ho upravovali a ich úsilie viedlo v 2. storočí nášho letopočtu k vrcholnému dielu antickej astronómie v podaní grécko-rímskeho astronóma Klaudia Ptolemaia (cca 100 – 168).
Podľa Ptolemaia uprostred vesmíru zostala nehybná Zem a okolo nej obiehajú po kružniciach všetky kozmické telesá. Sú tu však tri komplikácie. 1. Stredy kružníc, po ktorých telesá obiehajú, sa nenachádzajú priamo v strede vesmíru, ale sú z neho vychýlené (deferent). 2. Rýchlosť obehu planéty nie je konštantná, ale mení sa tak, aby bola konštantná pre pozorovateľa v istom bode (equant). 3. Čo je najdôležitejšie, po tejto kružnici obieha planéta fixovaná na ďalšiu kružnicu, ktorá sa nazýva epicyklus. Tento element vysvetľuje, prečo občas planéty svoj pohyb po oblohe zastavia a chvíľu sa pohybujú opačným smerom. Nastavením parametrov, t. j. polomerov kružníc a rýchlostí pohybov, sa dali dosiahnuť predpovede v zhode s pozorovaniami, ktoré vyhovovali až do 16. storočia. Z antických astronómov spomeňme ešte Aristarcha zo Samu (okolo 310 pred n. l. – 230 pred n. l.), ktorý vyslovil myšlienku, že Slnko je stredom vesmíru a Zem spolu s ostatnými planétami obieha okolo neho. Takýto model nazývame heliocentrickým. Aristarcha k tomu pravdepodobne viedla väčšia veľkosť Slnka v porovnaní so Zemou, ale keďže jeho spisy sa stratili, jeho presnú motiváciu nepoznáme.
Začiatok revolúcie
Ptolemaiovská predstava o usporiadaní vesmíru vydržala bez ďalších zmien 1 400 rokov. Nebola dokonalá, mnohé presnejšie merania s ňou nie celkom korešpondovali. No vo svete riadenom aristotelovskou fyzikou nebol priestor pre nijakú inú možnosť. Poľský astronóm Mikuláš Kopernik (1473 – 1543) skúsil dať heliocentrickému prístupu ďalšiu šancu. S novými údajmi zostavil medzi rokmi 1510 a 1530 model, v ktorom je v strede vesmíru Slnko, okolo neho obieha ako tretia v poradí Zem spolu s Mesiacom. Ešte pred Zemou sú Merkúr a Venuša, za Zemou obiehajú okolo Slnka Mars, Jupiter a Saturn. Za nimi je sféra stálic. Knižne bolo dielo De revolutionibus orbium coelestium, v ktorom rozpracoval dôsledky tohto systému, publikované až tesne pred jeho smrťou. Kopernikov model však veľmi neuspel. V zložitosti a prediktívnej sile nebol lepší ako Ptolemaiov. Tiež obsahoval epicykly a odchýlky od pozorovaných polôh planét boli podobné ako v geocentrickom modeli. Pohyb Zeme predpovedal zmeny v polohe jednotlivých stálic, ktorým sa hovorí hviezdna paralaxa.Heliocentrický model predpovedal paralaxy, ktoré však nikto nepozoroval. Heliocentrický model naďalej nevysvetľoval, čo spôsobuje pohyb všetkých telies na Zemi a ako je možné, že postupne nedosiahnu svoj prirodzený stav – pokoj. A tak sa väčšina vedcov pridržiavala Ptolemaiovho modelu. Kopernik nebol prvý, kto nechal obiehať Zem okolo Slnka, ale jeho model bol od súčasného heliocentrického pohľadu ďaleko. Svojím dielom však bezpochyby zohral nenahraditeľnú a veľmi dôležitú úlohu v hľadaní správneho popisu našej slnečnej sústavy, lebo urobil odvážny krok mimo aristotelovského vnímania sveta. To sa začalo poriadne otriasať až neskôr, keď sa jeho základné predpoklady postupne ukázali ako nesprávne.
Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
Mgr. Juraj Tekel, PhD.
Katedra teoretickej fyziky FMFI UK v Bratislave
Foto Pixabay, wikipédia
