Простое экспериментальное доказательство того, что Земля вращается вокруг Солнца

Каковы самые простые эксперименты или расчеты, которые свидетельствуют о том, что Земля вращается вокруг Солнца? Можете ли вы объяснить их и ссылаться на историю? Многие простые объяснения, такие как приведенные здесь, например, что относительное положение двух звезд наблюдается с Земли, меняются каждую ночь - что было бы неверно, если бы звезды вращались вокруг Земли. Но разве наблюдение не согласуется с моделью, где звезды вращаются вокруг Земли, но делают это с разными скоростями, в то время как Земля все еще вращается вокруг Солнца? Простые объяснения были бы полезны.

Ответ ироничен: без хороших инструментов нет никаких доказательств . Люди, которые думали, что Солнце вращается вокруг Земли, были совершенно правы, поскольку фактические доказательства шли до начала 1700-х и середины 1800-х годов, когда открылись две линии доказательств, которые показали, что Земля двигалась.

Аберрация звездного света

В Википедии есть правильное, но слишком сложное объяснение . Самый простой способ подумать об этом - это представить себя на остановке в машине под дождем, а дождь идет прямо вниз. Когда вы начинаете двигаться, видимое направление падения дождя изменяется так, что кажется, что оно падает впереди вас и наклоняется к вам. Это аберрация.

В начале 1700-х годов было обнаружено, что звезды смещаются, а в 1727 году Джеймс Брэдли правильно определил их как аберрацию звездного света из-за движения Земли вокруг Солнца. (Для любой звезды в эклиптике Земля движется к ней в какое-то время года и удаляется от нее через шесть месяцев.)

параллакс

Статья в Википедии о параллаксе лучше, и я отсылаю вас к ней за подробностями. По сути, если вы держите палец перед собой и смотрите на него с закрытым левым глазом, а затем с закрытым правым глазом, кажется, что он прыгает относительно фона - стены снаружи или деревьев снаружи или чего-либо еще. Быстро переключайтесь назад и вперед между вашими глазами, чтобы ясно видеть это.

Когда Земля вращается вокруг Солнца, соседние звезды также, кажется, смещают свое положение относительно более отдаленных звезд. Ключевым моментом здесь является то, что имелись веские научные основания полагать, что звезды были намного меньше Солнца. При наблюдении через телескоп звезды показали диски, и если бы они были похожи на Солнце, их расстояние можно было бы определить из этих дисков. И они были достаточно близко, чтобы, если Земля действительно вращалась вокруг Солнца, параллакс должен был наблюдаться. Но это не так, и отсутствие какого-либо заметного параллакса было сильным эмпирическим аргументом против гелиоцентрических теорий.

В действительности, конечно, параллакс существует, но параллакс всех звезд невелик, потому что они намного дальше, чем предполагалось по их дискам. (Видимые диски были фактически дифракционными дисками, а вовсе не настоящими дисками, но только спустя почти сто лет дифракция стала понятной.) Фридрих Бессель впервые измерил реальный параллакс звезды в 1838 году.

Вы не можете доказать, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, потому что это очень сильно противоречит тому, что все системы отсчета одинаково верны (но некоторые имеют гораздо больший смысл, чем другие). Например, гораздо более разумно использовать при моделировании погоды или приливов точку зрения, ориентированную на Землю, фиксированную на Земле, а не невращающуюся геоцентрическую, гелиоцентрическую, барицентрическую или галактоцентрическую точку зрения. Можно, например, использовать гелиоцентрическую или даже галактоцентрическую точку зрения для моделирования погоды Земли, но это было бы глупо.

С другой стороны, при моделировании поведения солнечной системы имеет гораздо больше смысла использовать гелиоцентрическую или, что еще лучше, барицентрическую точку зрения солнечной системы. Однако можно было бы использовать ориентированную на Землю точку зрения, фиксированную на Земле, потому что все системы отсчета одинаково действительны (теоретически). Это, конечно, сделало бы уравнения движения довольно уродливыми и еще более уродливыми, если попытаться сделать эти уравнения движения релятивистски правильными. Тем не менее, геоцентрическая точка зрения остается теоретически верной даже для моделирования поведения Млечного Пути.

Проблема с геоцентрической точкой зрения состоит не в том, что она недействительна (а это не так). Проблема в том, что сторонники геоцентризма утверждали (и, к сожалению, продолжают утверждать), что это единственная и правильная точка зрения. Этот аргумент недействителен, потому что еще раз, все системы отсчета одинаково действительны.

Обратите внимание: то, что инерциальные кадры являются особыми в некотором смысле, не означает, что неинерциальные кадры являются недействительными.

Если вы начнете с идеи о том, что планеты, солнце, луна и земля - это все тела, которые движутся в пространстве, исключая, по-видимому, неподвижные звезды, а затем посмотрите, какие существуют доказательства того, как они движутся относительно друг друга, тогда в этом контексте есть некоторые свидетельства, которые можно найти в астрономии невооруженным глазом с помощью навигационных инструментов, доступных даже древним.

Характер наблюдаемого движения планет свидетельствует о гелиоцентрической орбите. Видимые планеты следуют определенным схемам. Во-первых, Меркурий и Венера:

• Их всегда видно в непосредственной близости от солнца.
• Наблюдаемые угловые отделения как Меркурия, так и Венеры от Солнца имеют регулярный характер.
• Меркурий имеет гораздо более близкое максимальное разделение, чем Венера, и его угловое разделение изменяется с гораздо большей скоростью.
• Обе планеты остаются близко к эклиптике и никогда не колеблются нормально к ней.
• Орбиты обеих планет вокруг Солнца могут быть задокументированы и предсказаны с относительной легкостью. Это может быть сделано неточно даже без телескопа, хотя для Меркурия гораздо сложнее быть так близко к Солнцу.

Начиная с предпосылки тел, движущихся по небесам, я полагаю, что есть доказательства того, что Меркурий и Венера имеют гелиоцентрическую орбиту. Кеплер описал это точно, но древние греки смогли очень хорошо смоделировать свое движение без телескопов в Механизме Антикитера в геоцентрических терминах.

Если бы древнегреческий астроном хотел точно моделировать движение внутренних планет в гелиоцентрических терминах, он мог бы это сделать. Способ сделать это состоит в том, чтобы предположить, что неподвижные звезды жестко фиксированы, и измерить угловые расстояния между ними, а затем построить движения движущихся планет между ними. Секстанты и другие устройства использовались древними моряками, которые были высококвалифицированными даже с примитивными . Таким образом, это можно было бы сделать, чтобы реализовать «простой эксперимент или расчет», о котором вы просите. Является ли это когда - либо было сделано, с этим вопросом в виду, это немного другой вопрос.

Теперь для самой земли. Даже в древнем мире отношения между звездным днем и солнечным днем ​​были хорошо поняты . Прецессия Солнца вокруг плоскости эклиптики свидетельствует о гелиоцентрической орбите. Нужно просто смоделировать это, чтобы прояснить это. Древние вычисления, относящиеся к звездному времени и метоническому циклу, показывают, что гелиоцентрическое движение Земли могло быть математически смоделировано, если бы оно было задумано и желательно.

Что касается внешних планет, то, на мой взгляд, это наименее интуитивно понятно, но для них есть свидетельство и гелиоцентрической орбиты, но только на основе идеи, что Земля и внутренние планеты вращаются вокруг Солнца. Это происходит от наблюдения их ретроградного движения . Эти планеты будут двигаться ретроградно против «неподвижных фоновых звезд» в определенные моменты времени, и эти времена могут быть соотнесены с их угловым отделением от Солнца. Также разные планеты движутся через зодиак с разными скоростями, которые также коррелируют с амплитудой ретроградного движения.

Если вы смоделируете все это с помощью гелиоцентрической оррерии, то совершенно очевидно, что мы на внутренней, более быстрой планете наблюдаем внешнюю, более медленную планету на ее орбите. У древних греков было достаточно навыков, чтобы смоделировать движения Марса, Юпитера и Сатурна в их Антикитерском механизме в геоцентрических терминах. Отсюда следует, что точная математическая модель гелиоцентрического движения для внешних планет была в пределах их досягаемости, если они когда-либо достигали ее.

Есть также некоторые свидетельства того, что, по крайней мере, некоторые древние мыслители были способны расшифровать все это в гелиоцентрическую модель. Древнегреческий Аристарх Самосский имел гелиоцентрическую модель. Однако, Платон и другие , казались, немилость, и эта реконструкция из механизма Антикитера , который , как полагает, приходит хорошо после дня Аристарха имеет геоцентрический планетарий , какие модели планетарные ретроградное движение. И гелиоцентрическое мышление осталось в меньшинствена западе до современности. Возможно, очевидная геоцентрическая орбита Луны, или вопрос о звездах (должны ли они быть включены в какую-либо правильную модель или нет), или отсутствие универсальной теории гравитации, достаточно затененной для них, что для нас ясно.

Лучшим экспериментальным доказательством является, вероятно, ретроградное движение . Данные нелегко получить: сбор данных занимает много времени, не говоря уже о том, что астроном должен был бы не спать каждую ночь, тщательно измеряя положение каждого объекта. Но это может быть сделано (древние греки знали об этом), и в современном мире вы можете просто использовать симулятор типа Stellarium .

Загрузите Stellarium, запустите его и перейдите к месту нахождения. Затем запустите симуляцию и ускорите ее много раз. Вы должны увидеть, как солнце и звезды вращаются вокруг вас. Затем выключите землю (чтобы вы могли видеть сквозь Землю), выключите атмосферу (чтобы вы могли видеть звезды в течение дня), переключитесь на экваториальную гору (Ctrl + M; это гора, где находится большая часть неба). и уменьшайте масштаб до тех пор, пока Солнце, Луна и все планеты не появятся в круге.

Теперь внимательно посмотрите на движения всех планет. Вы должны увидеть, что Луна (и Солнце) вращаются, не замедляясь. Это то, что вы ожидаете, если они обойдут Землю. Однако Меркурий не следует этому движению - он заметно исчезает вокруг Солнца. Марс ведет себя также по-разному: он вращается и вращается, затем останавливается, идет назад, а затем снова и снова вращается. Это последнее поведение называется ретроградным движением, и его объяснение заняло много древней астрономии. Древние греки придумали сложную теорию эпициклов, чтобы объяснить это, учитывая, что планеты вращаются вокруг Земли и движутся в совершенных кругах (ни то, ни другое не верно в современном знании).

Однако ретроградное движение можно легко объяснить, если Марс не облетел Землю, а вместо этого обошел вокруг Солнца. Это просто означало бы, что Марс становится ретроградным, когда мы обгоняем его на его орбите. Кроме того, это также объясняет, как каждый раз, когда Марс становится ретроградным, он самый яркий, плюс он находится на противоположной стороне неба относительно Солнца. Это также объясняет, почему Меркурий делает свои петли вокруг Солнца.

Это не означает, что геоцентрическая модель не может учитывать одни и те же наблюдения, но она значительно проще. В гелиоцентрической модели каждая планета вращается вокруг Солнца по простому пути, эллипсу. В геоцентрической модели каждая планета вращается вокруг Земли, но на эпицикле за эпициклом. Именно тогда мы применяем бритву Оккама и делаем вывод, что более простое объяснение верно.

Ну ... сезонный цикл является достаточным свидетельством того, что Земля и Солнце вращаются вокруг друг друга. Обращает ли A орбиты B или B орбиты A, это аргумент об относительной массе. Если вы обнаружите, что движение всех других планет согласуется с тем, что они вращаются вокруг Солнца, но не Земли, вы можете сделать вывод, что масса Солнца огромна и поэтому практически не зависит от притяжения Земли.

Подробные наблюдения любой звезды на небе показывают, что Земля движется по эллиптической орбите со скоростью примерно 30 км / с.

Когда скорости звездного взгляда измеряются с использованием эффекта Доплера, они должны быть скорректированы с учетом движения Земли. Если это не так, то можно увидеть необъяснимую модуляцию скоростей с периодом в 1 год и амплитудой до 30 км / с, которая будет отличаться в зависимости от направления звезды относительно орбиты Земля-Солнце. самолет.

Аналогичным образом, геоцентрическая модель не может объяснить, почему наблюдатель на Земле видит, как положения звезд на небе выполняют периодические эллипсы на небе с амплитудами (так называемый тригонометрический параллакс), которые, как представляется, обратно коррелируют с тем, насколько далеко они находятся, но все с периодом один год.

Возможно, это не «простые» эксперименты, о которых вы думали, но вселенную не всегда можно понять с помощью того, что видно невооруженным глазом и здравому смыслу.

Это может упростить вещи, но вот мой путь:

• Создайте плоскую поверхность (чем больше, тем лучше, пока она остается плоской), например, поместив доску на неподвижную поверхность воды.
• Поставьте длинный столб (чем длиннее, тем лучше) вертикально на этой поверхности в полдень.
• Измерьте его тень (направление и длину), которая должна быть полностью на плоской поверхности.
• Попросите кого-нибудь сделать то же самое (особенно с одинаковой длиной полюса) в то же время далеко к северу от вас (чем дальше, тем лучше).
• Проведите треть точно таких же измерений далеко к югу от вас.

Оценка измерений должна установить:

• Поверхность Земли примерно сферическая (на самом деле Земля - ​​сжатый эллипсоид, но вам нужно более 3 измерений, чтобы подтвердить это)
• Диаметр Земли находится в пределах сообщенных значений (+/- ожидаемое отклонение для погрешности измерения и тот факт, что вы измерили только очень грубую оценку)
• Грубая оценка расстояния от Земли до Солнца с помощью триангуляции

Используя камеру-обскуру, вы теперь можете получить приблизительную оценку фактического диаметра солнца по его видимому диаметру и оценке расстояния сверху. Даже накапливая все ошибки измерения, разница в размерах между Солнцем и Землей должна составлять несколько порядков.

Прикрепите два шарика к противоположным концам стержня (чем легче стержень по сравнению с шариками, тем лучше). Шарики должны быть приблизительными приближениями вышеупомянутых установленных измерений (например, вы можете догадаться, что солнце - это чистый водород, а земля - ​​чистое железо, чтобы получить оценку массы). Прикрепите веревку к стержню и найдите точку баланса. Скорее всего, это будет путь к мячу, изображающему солнце (нужно учесть вес штанги).

Теперь вы можете сделать два шарика кружить друг с другом, в то время как висит на веревке.

Какой из них вращается вокруг другого?

С помощью относительно простого оборудования можно наблюдать за поведением спутников Юпитера. Предполагая гипотезу, что Юпитер и все планеты вращаются вокруг Земли, следует ожидать, что окклюзия Юпитером спутников будет происходить на очень регулярной основе. Но мы видим, что событие происходит в разное время относительно земных часов, даже не очень точных, что доказывает, что орбита Юпитера не является простым эпициклом вокруг Земли. Кроме того, наблюдение любого спутника, не обращающегося непосредственно к Земле, ставит под сомнение ориентацию на Землю.

Очень просто: из-за относительного движения нет никаких доказательств. Любая ситуация, с которой вы столкнетесь, может быть объяснена измененным геоцентрическим модулем. Альберт Эйнштейн пришел к такому же выводу, когда сказал: «Я пришел к выводу, что движение Земли не может быть обнаружено никаким оптическим экспериментом». и "... на вопрос, можно ли сделать движение Земли в космосе ощутимым в земных экспериментах. Мы уже отмечали ... что все попытки такого рода приводили к отрицательному результату. До теории относительности было выдвинуто, трудно было смириться с этим отрицательным результатом ".