Космология Солнечной системы

В античные времена считалось, что Солнечная система является всей Вселенной, поэтому изучение движений планет было тогда космологией. Планетами назывались блуждающие звезды, которые двигались на фоне созвездий, определяемых неподвижными звездами. Для античных ученых, планетами были Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. В то время, как общее джвижение звезд и планет осуществляется с Востока на Запад (благодаря вращению Земли), планеты на фоне неподвижных звезд перемещаются с Запада на Восток. Движение луны против общего вращения является самым быстрым, в результате Луне требуется 24.83 часа, чтобы обойти небо, поэтому средний интервал между восходами Луны составляет 24 часа 50 минут. Солнце обходит небо за 24 часа, в то время, как неподвижные звезды всего лишь за 23 часа 56 минут (звездные сутки).

Планеты, кроме Луны и Солнца движутся на фоне звезд, главным образом, с Запада на Восток, но время от времени останавливаются и движутся в противоположном направлении (попятным движением). Для того, чтобы объяснить попятное движение планет, в показанной выше геоцентрической модели Солнечной системы планеты помещены на маленькие окружности, называемые эпициклами. Центр эпицикла всегда движется с Запада на Восток (против часовой стрелки на рисунке) вдоль большого круга, известного под названием диферент, а планета всегда движется против часовой стрелки в эпицикле, однако сочетание движений приводит к периодам попятного движения, когда планета находится на минимальном расстоянии от Земли.

Эта модель в целом позволяла давать разумные предсказания расположений планет, однако она имела несколько нобъяснимых случайных совпадений: центры эпициклов Мекурия и Венеры всегда выстраивались в соответствии с положением Солнца, а линии из центра эпициклов до планет Марса, Юпитера и Сатурна также ориентировались на Солнце. Таким образом, существует 6 различных углов, которые случайно оказывались всегда одинаковыми. Многие изображения системы [Птолемея], которые можно найти в сети, трактуют эту проблему неверно, но Рисунок 2.19 [Зейлика (Zeilik)] и [Густад (Gaustad)] (2-е издание) дают верную трактовку. Такого рода необъяснимые совпадения часто являются ключем к существующей более хорошей модели: например, равенство инертной и гравитационной масс для любых материалов привело Эйнштейна к геометрической модели гравитации. Мы не знаем, что подтолкнуло [Аристарха из Самоса] к предположению о гелиоцентрической модели. [Коперник] объяснил равенство этих углов с помощью гелиоцентрической модели Солнечной системы, показанной ниже.

В гелиоцентрической модели 6 углов, которые в геоцентрической модели случайно всегда оказывались одними и теми же, являются следствием движения Земли вокруг Солнца. Это является значительным упрощением модели. Другим преимуществом гелиоцентрической модели являлось то, что радиусы обращения планет строго определялись размерами их попятных петель. Маленькая попятная петля означает большое расстояние от Солнца. Таким образом, стали известны размеры орбит планет (по отношению к расстоянию между Землей и Солнцем, принятым равным 1 астрономической единице [1 ае]), и мы можем открыть связь между периодом обращения и радиусом орбиты (P[в годах]² = R[в ае]³). Это соотношение было открыто Кеплером, и называется его Третьим законом движения планет. Два первых закона Кеплера имеют отношение к эллиптическим формам планетных орбит, что не было показано ни в одной из следующих ниже моделей. Как [Птолемей], так и [Коперник] вносили в модель дополнительные усложнения, чтобы учесть влияние эксентриситета орбит, но такие усложнения не являются преимуществом одной модели перед другой.

[Тихо Браге] предпочитал геоцентрическую модель, потому что он не смог заметить параллакс неподвижных звезд. Тихо доказал, что звезды должны находиться в более чем 100 раз дальше, чем наиболее удаленная из известных планет того времени, которой был Сатурн. Однако этот паралакс или попятное движение звезд очень мало, поскольку звезды на самом деле находятся гораздо дальше, поэтому параллакс не удавалось увидеть в течение более чем 200 лет после Тихо. Осознание того факта, что [Солнце является звездой], и что звезды располагаются в миллионы раз дальше, чем планеты, заняло многие годы. Брэдли (Bradley) открыл аберрацию света звезд, которая в 30 раз сильнее, чем самый сильный параллакс, примерно через столетие после Тихо, и это надежно установило, что Земля вращается вокруг Солнца. Паралакс звезд в конце-концов удалось увидеть еще одним столетием позже.

(c) Edward L. Wright