Heliosentrisme

Forenklet heliosentrisk modell (under) sammenlignet med forenklet geosentrisk modell (over).

Heliosentrisme, eller det heliosentriske verdensbilde, er oppfatningen om at solen er solsystemets sentrum, og at jorden og de andre planetene går i bane rundt solen.

Ordet stammer fra gresk Helios (sola). Heliosentrisme er motsetningen til geosentrisme, som plasserte jorda i sentrum. Nikolaus Kopernikus regnes som mannen som innledet overgangen fra det geosentriske verdenssynet til det heliosentriske, med boken Om himmelsirklenes omdreininger i 1543.

Lenge innebar teorien at solen var universets sentrum. Forskjellen mellom solsystemet og universet ble klar først senere.

Først i 1838 ble en av hovedutfordringene for det solsentrerte verdensbilde løst, da man kunne måle en stjernes parallakse.

Men tross mangel på endelige bevis hadde den solsentrerte modellen da vært akseptert i praksis siden i hvert fall Newtons tid, fordi den fungerte så bra for praktiske beregninger.

Antikken og middelalderen

De første som foreslo en solsentrert kosmologi var de aleksandrinske astronomene Heraklides fra Pontus (388–315 f.Kr) og Aristark fra Samos (ca. 310–230). Denne muligheten var imidlertid så overraskende og kontraintuitiv at den ikke fikk noe gjennomslag. Grekerne kunne for fiksstjernene ikke måle noen parallaksebevegelse, noe blant andre Arkimedes mente man skulle vente dersom jorden forflytter seg i bane rundt solen.

De fleste astronomer i antikken og middelalderen, også Ptolemaios, begrenset seg til å lage matematiske modeller av de observerbare planetbevegelsene. De mente planetene var så fjerne og opphøyde over vår ufullkomne verden at sikker kunnskap om den fullkomne del av virkeligheten ikke kunne nås langs vitenskapens vei. I motsetning til dette ønsket bl.a. Kopernikus å beskrive reelle, fysiske planetbaner. (Jf. realisme vs. instrumentalisme.)

Forsiden av Om himmelsirklenes omdreininger

Respekten for Platons og Aristoteles' kosmologi og for Ptolemaios' modell gjorde at den solsentrerte modellen ikke slo gjennom før på 1600-tallet med den vitenskapelige revolusjonen.

Det er vanlig å lese at heliosentrismen var et slag mot menneskets selvfølelse og sentrale stilling i tilværelsen. I stedet var den vanlige antagelsen i antikkens og middelalderens astronomi at jorda hadde lavest rang i universet. Ved å gjøre Jorda til et himmellegeme, hadde man opphøyd dens verdi og flyttet mennesket et langt steg nærmere Gud.

Kopernikus' modell

Selv om det gjennom middelalderen var blitt gjort mange forbedringer av den jordsentrerte modellen fra Ptolemaois, var dette i bunn og grunn mindre endringer. Kopernikus så behovet for en større endring som gjorde modellen enklere. Ideen til det heliosentriske verdensbilde hadde Kopernikus klar rundt 1507.

En solsentrert modell gav en elegant forklaring på hvorfor noen planeter i perioder beveger seg bakover i forhold til fiksstjernehimmelen. Modellen gav også en elegant forklaring på hvorfor noen planeter (Venus og Merkur) alltid er synlige nær sola, mens de andre planetene kan befinne seg hvor som helst i forhold til sola.

Modellen innebar også at jorden dreier rundt sin egen akse. Buridan og Oresme hadde i middelalderen vist at dette kan være mulig selv om vi ikke merker det, og selv om det for oss ser ut som det er stjernehimmelen som roterer rundt jorda. Deres begrunnelser ser ut til å ha inspirert Kopernikus da han forklarte hvordan jorden også kan gå i bane rundt solen selv om det ikke oppleves slik.

Kopernikus beholdt prinsippet fra Platon og Aristoteles om at planetene går i sirkulære baner og med jevn fart. Dermed måtte også han gjøre utstrakt bruk av episyklene som var tatt i bruk i den jordsentrerte modellen. De teoretiske modellene han brukte var egentlig de samme som Ptolemaois hadde benyttet. Planetobservasjonene han bygde teorien på var også mange av de samme som den jordsentriske modellen bygde på og ikke alltid like nøyaktige. Sammenlignet med den ptolemeiske modellen var Kopernikus' modell dermed omtrent like komplisert. Modellen i seg selv var også av omtrent samme nøyaktighet. Ingen av modellene kunne gjøre rede for at planetenes hastighet så ut til å variere.

Mye av Om himmelsirklenes omdreininger var ferdig i 1530. Kopernikus ventet med å utgi boken fordi han ikke kunne finne direkte bevis for at jorden beveger seg. Georg Joachim Rheticus publiserte et sammendrag av hans teori i 1540. Boken ble i sin helhet utgitt samme år som Kopernikus døde, i 1543.

Ifølge bokens forord var den solsentrerte modellen ment som en regnemodell til å forutsi planetenes posisjoner, i tråd med hvordan mange astronomer i antikken og middelalderen hadde tenkt om tidligere modeller. Dette forordet var imidlertid skrevet av Andreas Osiander for å dempe eller om mulig unngå kritikk fra aristotelikere. At planetene går i bane rundt sola mente Kopernikus selv som en reell fysisk beskrivelse. I den grad Kopernikus fryktet noen reaksjon på sin bok ser det ut til å ha vært å bli til latter blant aristotelikere.

Hvordan Kopernikus' modell ble mottatt

Stellar parallakse. Når jorden går i bane rundt solen, kan det se ut som at stjerner nærmere jorden flytter seg i forhold til stjerner lenger bak. Diameteren på jordens bane er ca. 300 millioner kilometer. Parallaksen for den nærmeste stjernen, Proxima Centauri, tilsvarer likevel et objekt som er 2 centimeter i diameter og 5,3 kilometer unna. Denne hovedutfordringen med det heliosentriske verdensbildet ble ikke løst før i 1838.

En av hovedutfordringene for den solsentrerte modellen var at man for fiksstjernene fortsatt ikke kunne måle noen parallaksebevegelse. Kopernikus mente derfor universet, og dermed også avstanden til fiksstjernene, var svært mye større enn tidligere antatt, så stort at en med datidas observasjonsteknikk ikke ville observere noen parallakse. Dette ble oppfattet som en ad hoc-forklaring som reduserte troverdigheten til Kopernikus' modell. I tillegg mente mange at stjernene med Kopernikus' modell ville være urimelig store. Dagens astronomer vet imidlertid at fiksstjernene ser mye større ut enn de egentlig er pga. lysbrytning i atmosfæren, og at fiksstjernene egentlig har så å si ingen utstrekning på himmelen.

I mangel av beviser på at jorda virkelig beveger seg stod valget på Kopernikus' tid dermed mellom to modeller, den geosentriske og den heliosentriske, der argumentene for den ene modellen ikke var mer overbevisende enn for den andre.

Kopernikus' bok fra 1543 var matematisk vanskelig å forstå, så de første årene var det få som hadde lest den.

1551 ble det publisert et sett av astronomiske tabeller, Tabulae prutenicae, basert på Kopernikus’ arbeid. En av grunnene til at den geosentriske modellen gav noe unøyaktige forutsigelser av planetbanene, var at flere tallverdier (eller parametre) i denne modellen hadde forandret seg siden Ptolemaios' tid. Til sin nye modell hadde Kopernikus brukt flere år på å beregne nye tallverdier; dette, og ikke den heliosentriske modellen i seg selv, gjorde Kopernikus' modell mer nøyaktig. Derfor ble Tabulae prutenicae mer nøyaktig enn tidligere tabeller. Disse tabellene ble raskt anerkjent og ble brukt blant annet i pavens kalenderreformen som førte til den gregorianske kalender.

I 1570-årene ble en supernova og en komet synlig på himmelen, noe som ifølge rådende teorier måtte være atmosfæriske forstyrrelser. Men målinger viste at fenomenene fant sted lenger borte enn månens bane, dermed kunne ikke dette området være uforanderlig, noe som ble et argument mot det aristoteliske verdensbilde der alt utenfor månens bane var fullkomment.

Tyge Brahe var en av de første som foreleste om Kopernikus' teorier, han kalte Kopernikus den andre Ptolemaios. Men Brahe var selv ikke overbevist og formulerte sin egen modell som både var jordsentrert og solsentrert. Denne modellen kombinerte Kopernikus' elegante løsninger med at man selv med Brahes svært nøyaktige observasjoner likevel ikke kunne måle noen parallakse for fiksstjernene. Denne modellen ble rådende noen tiår. Det fantes også andre modeller som konkurrerte om datidens oppmerksomhet.

Først med Johannes Kepler kom en matematiker som var dyktig nok til beskrive en modell som var enkel. Hans modell gav også enda mer nøyaktige forutsigelser.

Etter kontroversen mellom paven og Galilei i 1616 vedtok kirken av ulike grunner at den heliosentriske modellen kunne publiseres som en praktisk regnemodell eller hypotese, ikke som den fysiske sannhet. Noen mindre endringer måtte dermed gjøres i bl.a. Om himmelsirklenes omdreininger. Den opprinnelige utgaven kom på kirkens liste over forbudte bøker.

Keiser Rudolf IIs rikdom og velvilje, Brahes stjernedata, Keplers matematiske evner, den europeiske trykkekunsten, reformasjonens tvil på autoriteter, og også Galileis kontrovers med paven, var viktig for at det solsentrerte verdensbilde gradvis vokste frem.

Keplers planettabeller fra 1627, som han kalte Rudolfinske tabeller, viste seg etter hvert for de fleste planetene å være atskillig mer nøyaktig enn tidligere tabeller.

1725 ble fenomenet astronomisk aberrasjon korrekt tolket som at jorden beveger seg i bane rundt solen. Først i 1838 ble en av hovedutfordringene for det solsentrerte verdensbilde løst, da man kunne måle en stjernes parallakse.

Men tross mangel på endelige bevis hadde den solsentrerte modellen da allerede vært akseptert i praksis siden i hvert fall Newtons tid, fordi den fungerte så bra for praktiske beregninger.

Litteratur

Linton, Christopher (2004). From Eudoxus to Einstein. A History of Mathematical Astronomy. Cambridge University Press. ISBN 0-521-82750-7.  Strømholm, Per (1984). Den vitenskapelige revolusjonen 1500-1700. Solum forlag. ISBN 82-560-0341-3.  [Boken bygger på forelesninger ved Universitetet i Trondheim]