Kopernikov heliocentrizmus

Celkom nový pohľad na vesmír, ktorý sa definitívne rozchádzal s Ptolemaiovým geocentrickým systémom, uverejnil roku 1543 poľský astronóm Nicolaus Copernicus (Mikolaj Kopernik, 1473-1543) v diele De revolutionibus orbium coelestium libri VI (O pohyboch nebeských sfér). Kopernikov heliocentrický systém (po gr. helios - Slnko) možno zhrnúť do nasledujúcich téz: 1. Zem vykonáva denný pohyb okolo svojej osi od západu na východ, čomu zodpovedá zdanlivý pohyb nebeskej sféry od východu na západ; 2. Zem vykonáva ročný pohyb okolo Slnka v smere od západu na východ, čomu zodpovedá zdanlivý pohyb Slnka v tom istom smere; 3. zemská os vykonáva ročný kónický posun okolo kolmice k ekliptike v smere od východu na západ, čomu zodpovedá pozorovaný precesný pohyb; 4. všetky planéty sa pohybujú okolo Slnka tým istým smerom, zhodným so smerom pohybu Zeme okolo Slnka; 5. všetky planéty sa pohybujú celkom rovnomerne po kružniciach, ktorých stredy sú mierne excentricky položené vzhľadom na stred Slnka; 6. stredy excentrických kruhových dráh planét vykonávajú okolo stredu Slnka epicyklické pohyby. (Tento predpoklad musel Kopernik zaviesť, ak chcel vysvetliť pozorovaný nerovnomerný pohyb planét pri zachovaní predstavy rovnomerného pohybu planét po kruhových dráhach. Tým ukázal, ktoré zdanlivé pohyby planét sú reálne a ktoré sú dôsledkom pohybu pozorovateľa.)

Kopernik podal prvý v histórii v zásade správnu schému slnečnej sústavy, často sa preto pokladá za objaviteľa slnečnej sústavy. Veľmi presne určil aj pomerné vzdialenosti planét, pričom si zvolil za jednotku vzdialenosti dnešnú astronomickú jednotku (stredná vzdialenosť Zeme od Slnka). Kopernikove relatívne vzdialenosti planét od Slnka sa veľmi málo odlišujú od hodnôt modernej astronómie.

Aj keď bol Kopernikov výklad pohybu planét okolo Slnka z vecného hľadiska v podstate správny, z formálneho hľadiska Ptolemaiovu sústavu s množstvom epicyklov a deferentov ani veľmi nezjednodušil: na zladenie svojej teórie s pozorovaným nerovnomerným pohybom planét musel do svojej heliocentrickej sústavy zaviesť až 48 epicyklov. V pôvodnej Ptolemaiovej sústave ich bolo 40, zdokonalenej 80. Ako sa ukázalo až neskôr, príčina tejto vynútenej zložitosti Kopernikovej sústavy nespočívala v podstate jeho heliocentrickej sústavy, ale v tom, že v otázke tvaru dráh planét zostal aj Kopernik verný aristotelovskej predstave, podľa ktorej jedine možným pohybom nebeských sfér je dokonalý pohyb, za ktorý sa pokladal iba pohyb po kružnici. Až šesťdesiatpät rokov po Kopernikovej smrti Kepler dokázal, že planéty sa nepohybujú po kruhových dráhach.

Kopernikov heliocentrický vyvolal na dlhý čas ostré kontroverzie, ba i represálie a popravy. Príčina odmietavého prístupu spočívala jednak vo vtedajších filozofických a náboženských predstavách o svete, jednak v úrovni vtedajšej fyziky, ba i v samej pozorovateľskej astronómii. Z filozofického a náboženského hľadiska Kopernik vyvracal vžitý antropocentrický pohľad na svet sa Zemou a človekom ako centrom celého vesmíru; spochybňoval dovtedy neotrasiteľnú Aristotelovu autoritu, ba aj spoľahlivosť biblie, ktorá sa považovala za bezvýhradný a neomylný prameň všetkého poznania. Najvášnivejší odpor proti Kopernikovmu dielu vyšiel preto z filozofických a náboženských kruhov. Martin Luther (1483-1546) neskrýval svoje rozhorčenie nad Kopernikovým učením o pohybe Zeme, protirečiacom biblii: „Ja verím Písmu svätému, lebo Jozue zastavil Slnko, a nie Zem.“ Kardinál Robert Bellarmin (1542-1621), ktorý stál na čele cirkevnej kongregácie indexu zakázaných kníh, vyjadril ešte zreteľnejšie stanovisko cirkvi ku Kopernikovmu dielu: Kopernikovo tvrdenie, že nie Zem, ale Slnko je stredom sveta, a že Zem obieha okolo Slnka, vyhlásil za „veľmi nebezpečné stanovisko, ktoré musí pobúriť nielen všetkých scholastických filozofov a teológov, ale je aj urážkou našej svätej viery, lebo odporuje Písmu“. Všetky diela, ktoré obsahovali Kopernikovu náuku, dostali sa roku 1616 na cirkevný index zakázaných kníh a zostali na ňom až do roku 1833.

Z prírodovedeckého hľadiska mali proti Kopernikovmu učeniu vážne výhrady mnohí poprední vedci, lebo toto učenie bolo v zásadnom rozpore s vtedy uznávanou aristotelovskou fyzikou. Z astronomického hľadiska mal zásadné výhrady proti Kopernikovmu systému vynikajúci dánsky astronóm Tycho Brahe (1546-1601), najlepší pozorovateľ všetkých čias až do objavu ďalekohľadu (presnosť jeho pozičných pozorovaní dosahovala 1'). Svoje pozorovania robil Tycho Brahe najmä z hvezdárne Uranieborg na ostrove Hveen (dnes Ven), ktorú začal budovať roku 1576. Posledné dva roky života pracoval v Prahe. Tycho Brahe odmietal Kopernikov systém preto, že svojimi presnými pozorovaniami nemohol zistiť nijaký náznak zdanlivého paralaktického pohybu hviezdna oblohe, ktorý by sa mal pri pohybe Zeme okolo Slnka prejaviť. Z jeho pozorovaní vyplývalo, že ak by sa Zem skutočne pohybovala, potom zdanlivo nehybné hviezdy by museli by od Zeme až 1000-násobne vzdialenejšie ako Slnko. Takéto veľké vzdialenosti hviezd Tycho Brahe, verný aristotelovskej fyzike, kategoricky odmietal. Utvoril preto nový svetový systém, uverejnený roku 1588, ktorý bol kompromisom medzi Ptolemaiovým geocentrickým systémom a Kopernikovým heliocentrickým systémom: planéty podľa tohto systému obiehajú síce okolo Slnka, ale spolu s ním obiehajú okolo nepohyblivej Zeme, nachádzajúcej sa v strede vesmíru. Svetový systém Tycha Braheho bol určitý čas populárny v Anglicku, čoskoro však stratil svojich prívržencov. Presné pozorovania planét, ktoré Tycho Brahe po sebe zanechal, stali sa pre Keplera východiskovým materiálom na nesporný dôkaz správnosti Kopernikovej heliocentrickej sústavy.

Blízkym priateľom Tycha Braheho bol Tadeáš Hájek z Hájku (1525-1600), ktorý roku 1574 vydal spis Dialexis de Novae Stellae Apparitione o svojom pozorovaní supernovy v súhvezdí Kasiopeja (Tychova hviezda). Spolu s Tychom Brahem podal dôkaz, že kométy sú translunárnymi nebeskými telesami, a vyvrátil tak jednu z tradičných téz aristotelovskej scholastickej astronómie. Vynikajúcim pozorovateľom tých čias bol aj ďalší spolupracovník Tycha Braheho a Tadeáša Hájka z Hájku David Fabricius (1564-1617), ktorý sa po Tychovi Brahem pokladá sa najlepšieho pozorovateľa obdobia pred zavedením ďalekohľadov. Roku 1596 objavil prvú známu premennú hviezdu Mira Ceti. V tomto období vyšla v Banskej Bystrici prvá tlačená kniha s astronomickou tematikou na Slovensku Tractatus de Cometa (1578). Napísal ju banskobystrický rodák Jakub Pribicer (zomrel okolo roku 1582).

Medzi propagátorov Kopernikovho učenia sa natrvalo zaradil taliansky mních Giordano Bruno (1548-1600), ktorý v porovnaní s Kopernikom navyše správne tvrdil, že ani Slnko nie je stredom vesmíru, ale len jednou hviezdou z nekonečného množstva hviezd, z ktorých mnohé môžu mať aj svoje planetárne sústavy s obývanými svetmi. Bruno uverejnil svoje názory roku 1584, neskôr ho inkvizícia odsúdila ako kacíra a 17. marca 1600 ho upálili na Kvetnom námestí v Ríme.

Záznamy skvelých pozorovaní Tycha Braheho zdedil jeho blízky spolupracovník Johannes Kepler (1571-1630). Kepler veľmi dobre vedel o diferenciách medzi pozorovanými polohami planét a ich polohami vypočítanými podľa Kopernikovej teórie; v prípade Marsu dosahovali 1° i viac. Kepler sa rozhodol zistiť príčiny týchto rozdielov na základe pozorovaní Tycha Braheho, ktoré obsahovali najviac informácií práve o pohybe Marsu. Metóda, ktorú Kepler po viacerých neúspešných pokusoch použil, bola v podstate jednoduchá.

Z bohatého pozorovacieho materiálu vybral všetky dvojice pozorovaní Marsu, ktoré sa časovo líšili o 687 dní, čo je práve obežná doba Marsu okolo Slnka. Tak dostal pozorovania Marsu na určitom mieste jeho dráhy vždy z dvoch rôznych bodov zemskej dráhy. Preložením priamok cez príslušnú polohu Zeme podľa pozorovaných smerov polohy Marsu dostal priesečník priamok, ktorý zodpovedal skutočnej polohe Marsu v priestore. Na základe veľkého počtu takto určených polôh Kepler dospel k celkom nečakanému poznatku, že Mars sa nepohybuje po kruhovej dráhe, ani po epicykloch, ale po celkom jednoduchej elipse. Keď spracoval pozorovania ešte ďalších planét, objavil základný zákon ich pohybu: Planéty obiehajú okolo Slnka po elipsách a Slnko je v ich spoločnom ohnisku (1. Keplerov zákon). Čoskoro potom objavil aj ďalší zákon pohybu planét: Plochy opísané sprievodičmi planét za rovnaký čas sú rovnaké (2. Keplerov zákon). Objavené zákony pohybu planét uverejnil roku 1609 v diele Astronomia nova. Neskôr objavil ešte jeden zákon pohybu planét: Druhé mocniny obežných dôb planét sú úmerné tretím mocninám veľkých polosí ich dráh (3. Keplerov zákon). Uverejnil ho roku 1619 v diele Harmonices mundi. Objavom zákonov pohybu planét sa potvrdila zásadná správnosť Kopernikovej heliocentrickej sústavy a súčasne sa aj podstatne zjednodušila celá teória pohybu planét. Rozdiel medzi kruhovou a eliptickou dráhou dosahuje maximálne 8' v polohe planéty; prejaviť sa mohol iba vo veľmi presných pozorovaniach, aké získal Tycho Brahe. „Práve týchto osem oblúkových minút zapríčinilo úplný obrat v astronómii,“ povedal Kepler. Nové astronomické poznatky Kepler opísal v prvej modernej učebnici astronómie Epitome astronomicae Copernicanae libri I-VII (1618-1622), ktorá sa dostala ihneď na index zakázaných kníh. Kepler urobil veľmi cenné práce i v teórii optiky (výpočet optických plôch ďalekohľadu, Keplerov ďalekohľad). Roku 1627 vyšli Keplerove astronomické tabuľky Tabulae Rudolphinae, ktoré sa stali na dlhý čas základom výpočtu dráh planét.

Medzi veľkých obhajcov nového Kopernikovho systému sa zaradil zakladateľ modernej prírodovedy Galileo Galilei (1564-1642). Krátko po objavení ďalekohľadu Hansom Lippersheym (1560-1619) skonštruoval Galilei trojnásobne zväčšujúci ďalekohľad (1609) a neskôr i ďalšie, zväčšujúce tridsaťnásobne (1610). Svojimi ďalekohľadmi veľmi skoro objavil štyri mesiace Jupitera (nový dôkaz, že jestvujú nebeské telesá, ktoré neobiehajú okolo Zeme), fázy Venuše, potvrdzujúce obeh Venuše okolo Slnka (ďalší dôkaz v prospech heliocentrizmu), škvrny na Slnku (dôkaz, že Slnko nepozostáva z dokonale čistého, aristotelovského éteru), pohoria a roviny na Mesiaci, ako aj veľký počet hviezd v Mliečnej ceste (dôkaz, že zdanlivá sféra hviezd je oveľa rozsiahlejšia dokonca aj oproti Kopernikovým predstavám). Svoje objavy uverejnil Galilei už roku 1610 v diele Sidereus nuntius (Hviezdny posol).

Galilei vynaložil veľa úsilia, aby dokázal správnosť heliocentrizmu a aby presvedčil odporcov tohto učenia o bezdôvodnosti ich postoja. Všemožne sa snažil zabrániť aj hroziacemu oficiálnemu cirkevnému zákazu heliocentrizmus, ale napriek jeho úsiliu, objavom a zisteným zákonom pohybu planét okolo Slnka osobitná komisia pápeža Pavla V. heliocentrický názor zavrhla a zakázala. Galileimu súčasne zakázali heliocentrický názor obhajovať. Galilei sa prechodne odmlčal, ale roku 1632 uverejnil dielo Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolamaico e copernicano, v ktorom uviedol presvedčivé argumenty v prospech Kopernikovho heliocentrického systému. Krátko nato ho inkvizícia odsúdila a slávnostnou prísahou postupne donútila potvrdiť, že sa zrieka Kopernikovho „bludného učenia“ o pohybe Zeme (1633). Posledné roky života strávil Galilei v domácom väzení v Arcetri pri Florencii, ani tam sa však nevzdal svojej vedeckej práce. Pokračoval v štúdiu zákonov mechaniky (už predtým objavil zákon voľného pádu a sformuloval princíp nezávislosti pohybov); zistil zákony kyvadlového pohybu, šikmého vrhu, sformuloval zákon zotrvačnosti pohybu. Svoje hlavné výsledky uverejnil v Holandsku v diele Discorsi e dimonstrazioni matematiche intorno a due nove scienze attenenti alla mecanica ed i movimenti locali (1638), ktoré obsahovalo základy mechaniky a fyzikálnu obhajobu heliocentrizmu. Na konci života Galilei oslepol; zomrel roku 1642. O rok neskôr sa narodil veľký pokračovateľ jeho diela I. Newton.

V tom čase sa začali šíriť Kopernikove myšlienky aj na území Slovenska. David Fröhlich (1595-1648), narodený v Kežmarku, vydal roku 1632 v Levoči spis Anatomae revolutionibus mundanae, v ktorom obhajoval Kopernikov názor o rotácii Zeme okolo svojej osi, súčasne však pokladal Zem za stred vesmíru.