Гелиоцентрическая система отсчета кратко

Обновлено: 04.07.2024

Гелиоцентрическая система мира — идея о том, что Солнце является центром мироздания и точкой, вокруг которой вращаются все планеты, в том числе и Земля. Данная система предполагает, что наша планета выполняет два вида движения: поступательное вокруг Солнца и вращательное вокруг своей оси. Положение самого же Солнца относительно других звезд считается неизменным.

Особенности гелиоцентрической системы мира

Найти некую центральную точку Вселенной предоставляется возможным только в том случае, если Вселенная ограничена. Таковой она обязана согласно гелиоцентрической системе мира.

Также в данной системе возникло такое понятие как внешние и внутренние планеты. К последним относились Меркурий и Венера, т.к. их орбиты вращения вокруг Солнца всегда должны быть внутри орбиты Земли.

Параллакс — угол, отмеченный символом π

Важнейшей особенностью гелиоцентризма являются годичные параллаксы звёзд. Данный эффект проявляется в виде изменения видимых координат звезды. Он связан со сменой положения наблюдателей (астрономов), возникшей из-за вращения Земли вокруг Солнца.

Гелиоцентризм в античность и средневековье

Мысли о том, что Земля движется вокруг некоего центра всего мира, возникла еще в головах древних греков. Так были предположения о вращении Земли вокруг своей оси, а также о движении Марса и Венеры вокруг Солнца, которое вместе с ними вращается вокруг нашей планеты. Однако считается, что впервые гелиоцентрическая система мира была изложена в III веке до н. э. Аристархом Самосским. Он сделал два важных вывода:

Вероятнее всего, что наша планета вращается вокруг Солнца. Причиной тому размер Солнца, который значительно превышает размер Земли. Данные об относительных величинах Земли, Луны и Солнца были получены из собственных расчетов Аристарха.
В связи с отсутствием видимых годичных параллаксов звезд он предположил, что орбита нашей планеты представляется точкой относительно расстояний до звезд.

Однако идеи Аристарха не приобрели широкого распространения в античности. Наиболее известной версией геоцентрической системы в Древней Греции была так называемая теория гомоцентрических сфер, разработкой которой занимались астрономы Евдокс, Каллипп и Аристотель. Согласно этой теории все небесные тела, вращающиеся вокруг нашей планеты, были закреплены на жестких сферах, соединяющихся между собой и имеющих единый центр — Землю.

Геоцентрическая модель Солнечной системы

В связи с подобным мировоззрением преобладающей части общества, другие приверженцы идеи Аристарха Самосского не высказывали свои взгляды, в результате чего греки отказались от этой идеи и полностью приняли геоцентризм. Любые школы, преподававшие в то время рационализм, не поддерживали идей Аристарха, так как считали природу мироздания неподвластную для понимания и исключали любые возможности описать динамику планет.

В средние века гелиоцентризм почти не упоминался в научных трудах, кроме некоторых его идей, например, вращение Земли вокруг своей оси.

Научная революция Николая Коперника

Гелиоцентрическая система мира по Копернику

Коперник объяснил следующие феномены:

Кроме того гелиоцентрическая система могла объяснить изменение блеска и размеров планет Солнечной системы, а также дать более точную оценку размеров планет и расстояний до них. Сам же Николай Коперник смог примерно определить размеры Луны и Солнца и максимально точно указать время, за которое Меркурий полностью проходит свою орбиту вокруг Солнца – 88 земных суток.

Н. Коперник заложил основу современного вида орбит планет Солнечной системы

Несмотря на совершенную революцию в области астрономии, теория Коперника имела несколько недостатков. Во-первых, центральной точкой описанной им системы оставался центр орбиты Земли, а не Солнце. Во-вторых, все планеты нашей планетарной системы, двигались по своим орбитам неравномерно, а наша планета сохраняла свою орбитальную скорость. А также вероятнее всего Коперник не отбрасывал идею о вращающихся небесных сферах, а лишь перенес центр их вращения.

Последователи и противники Коперника

Впоследствии у польского астронома появилось большое множество последователей, в том числе Джордано Бруно, который утверждал, что небосвод не ограничивается небесными сферами, а другие светила, это небесными тела, ни чем не уступающие Солнцу. К сожалению, за свои убеждения Бруно был назван еретиком и приговорен к сожжению.

Галилео Галилей и его знаменитый телескоп

Противники же гелиоцентризма настаивали на нескольких аргументах, опровергающих теорию Коперника. Если бы Земля вращалась вокруг своей оси, то чудовищная центробежная сила разорвала бы ее. Мало того, с ее поверхности слетали бы все легкие предметы, причем двигались бы они в направлении, противоположном вращению. Предполагалось, что все небесные объекты не имеют массы, поэтому они могут двигаться без приложения к ним больших сил. В случае с Землей возникал вопрос о существования колоссальной силы, которая смогла бы вращать нашу массивную планету.

Спустя некоторое время приемник Браге – немецкий физик Иоганн Кеплер, проанализировав внушительный объем результатов наблюдений своего наставника сделал несколько значительных открытий в пользу гелиоцентризма:

Законы Кеплера по сей день служат астрономам для определения орбит удаленных космических тел

Плоскости планетарных орбит Солнечной системы пересекаются в точке нахождения Солнца, что делало его центром их вращения, а не центр земной орбиты, как предполагал Коперник.
Орбитальная скорость нашей планеты периодически изменяется, также как и других планет.
Орбиты планет эллиптические, причем скорость движения небесных тел по ним напрямую зависела от расстояния до Солнца, что делало его не только геометрическим, но и динамическим центром планетарной системы.

Были сформулированы так называемые законы Кеплера, которые подробно и математическим языком описывали законы движения планет Солнечной системы.

Утверждение гелиоцентризма

В результате подтверждения вращения Земли вокруг своей оси пропала всякая надобность существования небесных сфер. Некоторое время предполагалось, что планеты движутся по той причине, что они живые существа. Однако вскоре Кеплером было определено, что движение планет возникает в результате воздействия на них гравитационных сил Солнца.

В 1687 году английский физик Исаак Ньютон, опираясь на свой закон всемирного тяготения, подтвердил расчеты Иоганна Кеплера

Исаак Ньютон и знаменитое яблоко, на примере которого ученый сформировал закон всемирного тяготения

С дальнейшим развитием науки ученые получали все больше аргументов в пользу гелиоцентризма. Так в 1728 г. астроном из Англии Джеймс Брэдли впервые при помощи наблюдения подтвердил теорию о движения Земли по орбите вокруг Солнца, открыв так называемую аберрацию света. Последняя означает небольшое размытие изображение звезды с одной стороны как следствие движения наблюдателя. Позже было обнаружено ежегодное колебание частоты импульсов, испускаемых пульсарами, а также эффект Доплера для звезд, что доказывает периодичное изменение расстояние Земли до данных космических объектов.

А в 1821 и 1837 г.г. российско-немецкий ученый Фридрих Вильгельм Струве впервые смог пронаблюдать примерные годичные параллаксы звёзд, окончательно утверждающие идею о гелиоцентрической системе мира.

Человечество живет на Земле, и поэтому абсолютное большинство физических опытов осуществляется в системе отсчета, связанной с Землей. Поговорим кратко о геоцентрической системе отсчета.

Сущность системы отсчета

К 10 классу известно, что описание любых явлений в физике заключается в выделении в них существенных особенностей, сравнении их с некоторыми эталонами и установлении законов, по которым эти особенности изменяются. В частности, для кинематики такими существенными особенностями являются положение в пространстве и законы его изменения.

Для описания положения в пространстве, во-первых, необходима система координат и единица измерения.

Во-вторых, всегда требуется указывать, относительно чего движение происходит: необходимо выделить тело отсчета и связать с ним систему координат.

Наконец, чтобы описать изменение положения в пространстве, требуется система измерения времени.

Тело отсчета, система координатных осей и система измерения времени вместе называются системой отсчета.

Рис. 1. Составляющие системы отсчета.

Геоцентрическая система отсчета

Человеческая наука развивались на планете Земля. Все физические опыты и измерения производились в непосредственной близости от Земли. Неудивительно, что в качестве наиболее общей системы отсчета чаще всего применяли систему, связанную с Землей. Такая система отсчета называется геоцентрической.

Особенности

Итак, тело отсчета в геоцентрической системе отсчета — это Земля. Направление координатных осей удобно взять по двум касательным к земному шару и по его радиусу. Порядок измерения времени исторически определился по суточному и годовому вращению Земли вокруг Солнца.

Удобство геоцентрической системы отсчета предопределило построение Птолемеем системы мира, которая более тысячи лет считалась истиной. И даже то, что птолемеева система была заменена системой мира Коперника, не привело к меньшему использованию геоцентрической системы.

Рис. 2. Геоцентрическая система отсчета.

Сомнения в точности возникли лишь в XVII в., когда И. Ньютон установил законы механики и ввел понятие инерциальной системы отсчета.

Важная особенность инерциальной системы отсчета — это движение без ускорения. Земля же, во-первых, движется вокруг собственной оси. Во-вторых, она совершает годичное вращение вокруг Солнца. Оба этих движения происходят с центростремительными ускорениями. А значит, геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, и в ней законы Ньютона должны быть не верны.

Кроме того, в соответствии со специальной и общей теориями относительности, на Земле должны происходить релятивистские изменения хода времени и размеров.

Однако, величина центростремительного ускорения вращения Земли составляет менее процента от ускорения свободного падения. А релятивистские эффекты на Земле гораздо меньше. Поэтому геоцентрическая система отсчета в абсолютном большинстве случаев может считаться инерциальной и использоваться для определения значений механических величин в экспериментах и подготовки школьных опытов и докладов.

Рис. 3. Инерциальные системы отсчета.

Что мы узнали?

Тело отсчета, координатные оси и порядок измерения времени вместе называются системой отсчета. Система отсчета, где тело отсчета — это Земля, называется геоцентрической. Геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, однако ее отклонения от инерциальности очень невелики, поэтому эта система удобна для большинства опытов и измерений в механике.

Cчитается, что впервые гелиоцентрическая система мира была изложена в III веке до н. э. Аристархом Самосским. Однако его идеи не приобрели широкого распространения в античности, где господствовала геоцентрическая теория.

В средние века гелиоцентризм почти не упоминался в научных трудах, кроме некоторых его идей, например, вращение Земли вокруг своей оси.

Научная революция Николая Коперника

Согласно его концепции смена дня и ночи, а также движение Солнца по небу объясняются вращением Земли вокруг своей оси. Точно также, при помощи движения Земли вокруг Солнца, объясняется движение нашего светила по небосводу в течение всего года.

Коперник объяснил следующие феномены:

Гелиоцентрическая система Коперника может быть сформулирована в следующих утверждениях:

орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;
центр Земли — не центр Вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;
все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;
расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;
суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;
Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) — не более чем эффект движения Земли;
это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.

Эти утверждения полностью противоречили господствовавшей на тот момент геоцентрической системе.

Тем не менее, теория Коперника не может быть названа гелиоцентрической в полной мере, поскольку Земля в ней отчасти сохраняла особый статус:

центром планетной системы было не Солнце, а центр земной орбиты;
из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась.

По всей видимости, у Коперника сохранялась вера в существование небесных сфер, несущих на себе планеты. Таким образом, движение планет вокруг Солнца объяснялось вращением этих сфер вокруг своих осей.

Точность и простота новой системы

Система, предложенная Николаем Коперником, была точнее и проще системы Птолемея. Она сразу же получила широкое практическое применение. На основе данной системы были составлены «Прусские таблицы«, длина тропического года была рассчитана более точно.

В 1582 году была проведена долгожданная реформа календаря – появился новый стиль, григорианский.

Меньшая сложность новой теории, а также получавшаяся в первое время большая точность расчета положений планет на основе гелиоцентрических таблиц отнюдь не являются основными достоинствами системы Коперника.

Это объяснялось, однако, не просто введением гелиоцентрического принципа. Дело в том, что Коперник пользовался более совершенным математическим аппаратом для своих вычислений.

Восторженное отношение к предложенной Коперником теории постепенно сменилось разочарованием в ней у тех, кто ожидал получить немедленный практический эффект. Более полувека, с момента возникновения системы Коперника и до открытия Галилеем фаз Венеры в 1616 году, не было прямых подтверждений того, что планеты движутся вокруг Солнца. Таким образом, истинность новой системы не была подтверждена наблюдениями.

Оценка теории Коперника современниками

Многие в XVI веке так и считали, что это мнение самого Коперника. И только в 70-е — 90-е годы XVI в. астрономы стали проявлять интерес к новой системе мира. У Коперника появились как сторонники (в том числе философ Джордано Бруно; богослов Диего де Цунига, который использует представление о движении Земли для интерпретации некоторых слов Библии), так и оппоненты (астрономы Тихо Браге и Христофор Клавий, философ Фрэнсис Бэкон).

Противники системы Коперника утверждали, что если бы Земля вращалась вокруг своей оси, то:

Земля испытывала бы колоссальные центробежные силы, которые неминуемо разорвали бы её на части.
Все находящиеся на её поверхности лёгкие предметы разлетелись бы во все стороны Космоса.
Любой брошенный предмет отклонялся бы в сторону запада, а облака плыли бы, вместе с Солнцем, с востока на запад.
Небесные тела движутся, потому что они состоят из невесомой тонкой материи, но какая сила может заставить двигаться огромную тяжёлую Землю?

Отношение церкви

Католическая церковь вначале не придала большого значения учению, предложенному Коперником. Но, когда выяснилось, что оно подрывает основы религии, его сторонники начали подвергаться преследованию.

За распространение учения Коперника в 1600 году был сожжен на костре Джордано Бруно, итальянский мыслитель.

Сожжение Джордано Бруно

Научный спор между сторонниками Птолемея и Коперника превратился в борьбу между реакционными и прогрессивными силами. В конце концов победили последние.

Значение

В глобальном смысле теория Коперника определила появление новой методики познания природы, основанной на научном подходе.

Согласно схоластической традиции, которой придерживались его предшественники, для того чтобы познать сущность того или иного объекта, не нужно детально изучать его внешнюю сторону, а можно постичь его непосредственно разумом.

В отличие от них, Коперник показал, что ее можно понять лишь после тщательного изучения рассматриваемого явления, его противоречий и закономерностей. Гелиоцентрическая система мира Н. Коперника стала мощным толчком в развитии науки.

С научной точки зрения, гелиоцентрическая система мира, выдвинутая в III веке до н. э. Аристархом и возрождённая в XVI веке Коперником, позволила установить параметры планетной системы и открыть законы планетных движений. Обоснование гелиоцентризма потребовало создания классической механики и привело к открытию закона всемирного тяготения.

Эта теория открыла дорогу звёздной астрономии, когда было доказано, что звёзды — это далёкие солнца) и космологии бесконечной Вселенной. Далее гелиоцентрическая система мира все более утверждалась — основное содержание научной революции XVII века состояло в утверждении гелиоцентризма.

Видео

Гелиоцентризм утверждает двойственное вращение нашей планеты вокруг Солнца, перемещение поопределенной траектории вокруг звезды, обращение вокруг собственной оси. Прочитав обзор, выузнаете когда появилась эта теория, кто ееавтор, как воплощались идеи гелиоцентризма внаучную, общественную жизнь.

Особенности гелиоцентрической системы мира

Именно вгелиоцентризме появилось определение внешних, внутренних планет поположению относительно Земли. Квнутренним относят Меркурий, Венеру, попричине того, что ихорбиты всегда находятся внутри траектории движения Земли поотношению кзвезде.

Важной особенностью системы выступают звездные параллаксы, измеряемые напротяжении года. Этот угол построен отзвезды доопределенной точки (или наблюдателя) нарадиусе орбиты Земли. Эффект проявляется изменением положения звезд нанебе относительно статичного наблюдателя или точки.

Гелиоцентризм вантичности исредневековье

Всемирно известный математик, инженер ифилософ Архимед, основываясь наэтом труде, рассчитал приблизительный радиус нашей Вселенной, который оказался равен примерно двум световым годам. Однако, великий сиракузец так инепринял эту идею, называя еевсего лишь гипотезой. Идеи итеории Аристарха Самосского так иненашли распространения иподдержки, были забыты.

Более известна гелиоцентрическая система мира, выглядящая, как схема изгомоцентрических сфер, разработанная древнегреческим ученым (Эвдокс Книдский) вчетвертом веке донашей эры.

Автор этой модели полагал, что все тела звездной системы вращаются вокруг центра, которым выступает наша планета. Причем, сами планеты, как извезда неподвижно зафиксированы накомбинации сфер. Позже эту теорию дорабатывали математик Калипп Кизикский ивеликий античный философ Аристотель Стагирский.

Вантичности ивсредние века бытовало геоцентрическое мировоззрение, считающее, что именно Земля— центр всего. Эти данные опирались намноговековой опыт визуальных наблюдений, люди каждый день видели солнце, поднимающееся содной стороны, исадящееся сдругой, совершающее круг понебу втечение дня. Ночью двигались звезды, ичеловек ощущал себя вцентре мира.

Гениальные гипотезы ученых Древней Греции противоречили всему человеческому опыту, поэтому инесмогли затронуть умы исознание людей, только укрепляя позиции тех, кто поддерживал геоцентризм. Ктомуже, именно это мировоззрение поддерживалось религиями мира, Ватиканом, Иудаизмом имусульманством.

Научная революция Николая Коперника

Ученый подтвердил теорию физическими расчетами, основывающимися нафизической механике того времени. Онобосновал такие факты:

движение Солнца объясняется тем, что наша планета вращается вокруг оси;
объяснил существование равноденствий, как следствие периодического смещения планетарной оси;
ученый смог объяснить почему изменяются видимые размеры небесных тел иихблеск (Солнце, Луна, звезды);
дал примерную оценку расстояний внашей системе, определил примерные размеры планет, солнца;
Коперником была заложен вид орбит планет вСолнечной системе;
определил, что планета Меркурий имеет цикл вращения вокруг центральной точки, равный 88суткам.

Учение Николая Коперника стало настоящей революцией впредставлении онашей звездной системе, хотя ивего теории были недочеты иошибки: например, первооткрыватель полагал, что Земля движется поорбите спостоянной скоростью, адругие небесные тела снеравномерной.

Последователи ипротивники Коперника

Сторонникам ипоследователям теории гелиоцентризма был необходим настоящий героизм, чтобы доказывать свое мнение иправоту. Первым поддержал гелиоцентрическую теорию профессор математики изуниверситета города Виттенбер Георг Иоханн Ретик. Именно Ретику передал Коперник свою рукопись.

Весной 1542 года работа начала печататься вбольшой типографии немецкого города Нюрнберг, немного более, чем через год, вмае 1543, книга была напечатана. Умирающий Коперник еще успел увидеть плоды своих трудов.

Впоследствии теория гелиоцентризма была поддержана итальянским ученым Джордано Бруно, его соотечественником, астрономом-математиком Галилео Галилеем.

Оба астронома пострадали из-за своих гипотез иубеждений: Джордано Бруно был сожжен инквизицией, как еретик, аГалилео Галилей доконца дней был заключен тойже инквизицией под домашний арест.

Новое учение вело также котносительности движения вфизике, кфизическому релятивизму. Имело новаторское виденье мира ипротивников, так датчанин Тихо Браге противопоставил ейсвою гео-гелиоцентрическую гипотезу.

Утверждение гелиоцентризма

Теперь вытоже знаете, кто является основоположником гелиоцентрической системы мира, кто является автором гелиоцентрической системы мира, знаете, что гелиоцентрическую модель мира разработал польский астроном Николай Коперник.

Читайте также: