Kopernikaaninen vallankumous
|
Kopernikaaninen vallankumous tarkoittaa Kopernikuksen alullepanemaa
prosessia, jossa aurinkokunnan maakeskinen malli korvattiin
aurinkokeskisellä. Sitä käytetään mielellään malliesimerkkinä
tieteellisestä vallankumouksesta. Vallankumouksen sankareita olivat
Nikolai Kopernikus, Tyko Brahe, Galileo Galilei ja
Sir Isaac Newton. Kumous kesti kaikkiaan noin kaksi vuosisataa.
|
|
Uuden ajan alku
|
Euroopassa 1200- ja 1300-luvuilla ihmiset olivat läpeensä kyllästyneet
keskiajan rajoittuneeseen ja ahdasmieliseen yhteiskuntaan. He oppivat jälleen
nauttimaan maanpäällisen elämän iloista, odotettuaan tuhat vuotta vain
hartaina kuolemanjälkeisiä riemuja. Renessanssi alkoi Italiassa
1300-luvun puolivälissä, kun ihmiset kiinnostuivat jälleen eurooppalaisen
kulttuurin kreikkalaisista juurista. Filosofiassa, tieteissä, teologiassa,
maalaustaiteessa, kuvanveistossa, arkkitehtuurissa, runoudessa, muodissa,
tutkimusmatkoissa – aivan kaikessa – renessanssin ihmiset hyökkäsivät siihen
asti hiljaa hyväksyttyjä auktoriteettien säätämiä valmiita ‘totuuksia’
vastaan.
|
|
Bysantin keisarikunnan luhistuessa oppineet muuttivat läntiseen Eurooppaan,
missä he perustivat akatemioita ja toivat järjestelmällisyyden tieteeseen.
Kirjapainotaito saapui 1400-luvulla Eurooppaan. Johannes Gutenberg
(1397-1468) kehitti irtokirjasimet. Painokoneita rakennettiin 50 vuodessa
183 eurooppalaiseen kaupunkiin. Erasmus Rotterdamilaisen Encomium
Moriae (Tyhmyyden ylistys, 1509), joka hyökkäsi katolisen kirkon
väärinkäytöksiä vastaan, oli ensimmäisiä koko Euroopan ajatteluun
vaikuttaneita kirjoja.
Leonardo da Vinci (1452-1519), Michelangelo (1475-1564),
Rafael (1483-1520) ja lukuisat muut heidän aikalaisensa loivat
taidehistorian merkittävimpiä taideteoksia. Leonardo oli myös keksijä
ja suunnitteli sorvin, porakoneen, panssarivaunun, auton, laskuvarjon,
lentokoneen...
|
|
Portugalin prinssi Henrikin (Purjehtija) laivat tutkivat 1400-luvulla
Afrikan länsirannikkoa yhä etelämmäs, kunnes 1488 Bartolomeu Diasin
laiva purjehti Hyväntoivonniemen ympäri ja käväisi Intian valtamerellä.
Kristoffer Kolumbus ja Amerigo Vespucci löysivät ja tutkivat
Amerikan rannikkoa Espanjan nimiin 1492-1504. Portugalilainen Vasco da
Gama purjehti Intiaan 1498 ja Fernão Magalhães,
Espanjan nimiin, Etelä-Amerikan ympäri Tyynelle valtamerelle. Hänen
retkikuntansa purjehti ensimmäisenä maailman ympäri (Magalhães
itse sai surmansa taistelussa Filippiineillä).
Katolinen kirkko heikentyi ‘paavien vankeuden’ 1309-1378 ja sitä seuranneen
Rooman paavin ja Avignonin ‘vastapaavin’ kilpailun aikana. Renessanssin
aikana kirkon väärinkäytöksiä arvosteltiin entistä ankarammin ja lopulta
Martin Lutherin (1483-1546) ja Johannes Calvinin (1509-1564)
johdolla uskonpuhdistus raastoi kirkon hajalle.
|
|
Nikolaus Copernicus (1473-1543)
|
“Nykyaikaisen tähtitieteen perustaja” syntyi Torunissa, Puolassa, opiskeli
matematiikkaa ja optiikkaa Krakovassa ja kanonista oikeutta Bolognassa ja
Padovassa. Krakovassa ja Italiassa hän perehtyi myös tähtitieteeseen ja sai
vaikutteita, joihin hänen uusi aurinkokuntamallinsa perustui.
Puolaan Kopernikus palasi 1506. Vuonna 1512 hän alkoi hoitaa kaniikin
virkaa Itä-Preussin Frauenburgissa ja julkaisi vähälle huomiolle jääneen
käsikirjoituksensa, Commentariolus, jossa esitti aurinkokeskisen
mallinsa periaatteet. Kopernikaaninen vallankumous oli alkanut!
|
|
Wittenbergin yliopiston matematiikan professori Georg Joachim (von
Lauchen) Rheticus (1514-1576) vieraili Kopernikuksen luona
1539-1541 ja kirjoitti ensimmäisen tämän aurinkokuntamallia kuvaavan kirjan,
Narratio prima de libri revolutionum Copernici.
Kopernikus itse kirjoitti täydellistä selostusta mallistaan
vuosikymmeniä. Lopulta De revolutionibus orbium coelestium
julkaistiin 1543. Valmis teos tuotiin Kopernikuksen nähtäväksi tämän
kuolinpäivänä.
De revolutionibus painettiin Nürnburgissa, missä työtä valvonut
luterilainen teologi Andreas Osiander yritti vesittää teoksen
merkityksen lisäämällä ominpäin siihen esipuheen, jossa hän totesi kyseessä
olevan vain uuden laskumenetelmän, joka tuskin vastaa todellisuutta.
|
|
De revolutionibus on masentavan konservatiivinen ja Almagestin
kaltainen – vain sillä erolla, että maailmankaikkeuden keskipiste on Maan
sijasta Auringon lähellä. Kopernikus aloittaa Ptolemaioksen
tavoin geometrisilla aputuloksilla, kopioi Almagestin tähtiluettelon,
käsittelee hyvin perusteellisesti Auringon ja Kuun liikkeitä ja pääsee vasta
viidennessä kirjassa asiaan eli planeettojen liikkeisiin. Kopernikus
korvasi ekvanttiliikkeet ympyräliikkeillä, koska nämä ovat aristoteelisemmat.
Hän myös säilytti episyklit osana planeettojen liikkeitä ja kopioi numeroarvot
Ptolemaiokselta, mistä syystä hänen episyklimallinsa oli perin
epätarkka. Malli oli myös hyvin monimutkainen eikä saavuttanutkaan kovin
nopeasti mitään erityistä suosiota tiedemiesten parissa.
Kopernikuksen merkitys oli nimenomaan siinä, että hän siirsi
maailmankaikkeuden keskipisteen Maapallolta Aurinkoon. Tämä oli isku
ihmiskeskisyyttä ja siten Jumalaa ja kirkon arvovaltaa vastaan. Mallin
vastustus yhdistikin katolista kirkkoa ja protestantteja.
|
|
Tycho Brahe (1546-1601)
|
Tyko Brahe syntyi Tanskan Skånessa, opiskeli lakia Kööpenhaminan ja
Leipzigin yliopistoissa ja harrasti tähtitiedettä opintojensa ohessa. Hän
huomasi Kopernikuksen teoriaan perustuvien planeettataulukoiden
epätarkkuudeksi useita päiviä havaitessaan Saturnuksen ja Jupiterin
kohtaamishetkeä 1563. Uskonnollinen Brahe sai lopullisen syyn
vastustaa Kopernikuksen mallia.
Vuonna 1572 Brahe havaitsi Kassiopeian tähdistössä uuden, kirkkaan
tähden, nova stellan, jonka hän päätteli tiivistyneen Linnunradan sumumaisesta
aineesta. Tähti pysyi paikallaan muiden tähtien suhteen, joten se ei ollut
kuunalisessa maailmassa, mutta koska se ilmestyi – ja parin vuoden kuluessa
himmeni näkyvistä – ei kuunylinen maailmakaan voinut olla muuttumaton.
Tällaisia ilmiöitä selvittääkseen Brahe ryhtyi päätoimiseksi
tähtitieteilijäksi.
|
|
Kasselissa Hessenin maakreivi Wilhelm IV:n observatorio innostutti
setänsä ja isänsä huomattavan omaisuuden perineen Brahen rakennuttamaan
suuren observatorion Saksaan. Asiasta kuullut Tanskan kuningas Frederik
II lahjoitti Brahelle Landskronan edustalla sijaitsevan Hvenin
saaren pitääkseen tämän kotimaassa. Brahe alkoi 1576 rakentaa saarelle
Uraniborgin observatoriota.
Ensimmäiseksi tehtäväkseen Brahe otti Auringon radan määrittämisen.
Saadakseen Auringon korkeuksille tarkat arvot piti hänen selvittää ilmakehän
refraktio. Ilmakehän läpi kulkiessaan valo taipuu ja kohteet näkyvät
hieman todellista korkeammalla. Taipuminen eli refraktio on sitä suurempi,
mitä matalammalla kohde on. Viereisessä kuvassa on esitetty refraktio kahdelle
tähdelle. Suoraan yläpuolella oleva tummankeltainen tähti näkyy siellä missä
oikeasti onkin, koska kohtisuoraan ilmakehään tuleva valo ei taivu. Sen sijaan
matalammalla olevan oranssin tähden valo taipuu jo enemmän - tässä kuvassa
taipumista on huomattavasti liioiteltu. Taipumisen vuoksi tähti näyttää olevan
korkeammalla - kirkkaankeltaisen katkoviivan osoittamassa suunnassa.
Brahen refraktiokorjaukset olivat ensimmäinen askel tiellä kohti
täsmällistä astrometriaa.
|
|
Toinen Brahen tehtävä oli uuden tähtiluettelon laatiminen.
Hipparkhoksen havaintoihin perustuva Almagestin luettelo oli
edelleen ainoa yleisesti tunnettu tähtiluettelo. Brahe mittasi öisin
tarkasti 21 perustähden paikat suhteessa Venukseen ja päivisin Venuksen paikan
Auringon suhteen. Toistamalla mittauksia pitkään, sai hän tähdille tarkat
paikat suhteessa Aurinkoon. Muiden tähtien paikat määritettiin suhteessa
perustähtiin. Vertaamalla paikkoja Ptolemaioksen vastaaviin, sai
Brahe prekessiolle arvon 51 kaarisekuntia vuodessa, mikä on hyvin
lähellä nykyistä arvoa.
Brahen päätyö oli kuitenkin planeettojen havaitseminen, mihin saattoi
olla vaikutusta hänen kiinnostuksellaan astrologiaa kohtaan. Tuloksena oli
laaja aineisto pitkällä aikavälillä suoritettuja säännönmukaisia havaintoja
planeettojen liikkeistä.
|
|
Tyko Brahe oli vaatinut – ja saanut – kuningas Frederik II:lta
jatkuvasti huomattavia avustuksia ja uusia läänityksiä, joita hän hyödynsi
häikäilemättömästi. Kun kuningas kuoli 1588 alkoi Brahen asema muuttua
vaikeammaksi ja kruununperijä Kristianin astuttua täysi-ikäiseksi
tultuaan valtaistuimelle Brahen avustukset lakkautettiin ja häntä
syytettiin Hvenin asukkaiden huonosta kohtelusta. Brahe pakeni maasta
ja päätyi 1598 Prahaan keisari Rudolf II:n kutsusta.
Vanhojen havaintojen käsittelyyn Brahe tarvitsi pätevän laskuapulaisen
ja sai sellaiseksi Johannes Keplerin. Keplerille jäi
Brahen aineisto tämän kuoltua ja Keplerin toimesta Brahen
pääteoskin julkaistiin postuumina. Astronomiæ Instauratæ
Progymnasmata sisältää Brahen aurinkokuntamallin, jossa Aurinko
ja Kuu kiertävät Maata, mutta muut planeetat kiertävät Aurinkoa. Mallista
tuli melko suosittu, koska siinä ei ollut uskonnollisia ongelmia.
|
|
Johannes Kepler (1571-1630)
|
Johannes Kepler syntyi Württembergissä Saksassa. Hän opiskeli
Tübingenin yliopistossa teologiaa, kunnes keskeytti opintonsa
kyllästyttyään luterilaisuuden ahdasmielisyyteen. Osa hänen opinnoistaan oli
ollut tähtitiedettä ja niin hän sai matematiikan opettajan paikan Itävallan
Grazissa.
Kepler oli aurinkokeskisen maailmankuvan kannattaja ja selitti
planeettojen ratojen säteet sisäkkäin asetettujen monitahokkaiden avulla
ensijulkaisussaan Prodromus Dissertationum Mathematicarum Continens
Mysterium Cosmographicum. Pythagoralaista lukumystiikkaa noudattavan
järjestelmän tarkkuus oli alunperinkin huono ja kun planeettoja myöhemmin
löytyi lisää, romuttui monitahokkaiden ja planeettojen sfäärien välinen
harmonia lopullisesti.
Kepler lähetti kopion kirjastaan mm. Tyko Brahelle, joka,
vaikka ei hyväksynytkään tämän kopernikanismia, näki tässä käyttökelpoisen
apulaisen. Kepler muutti perheineen Prahaan vuonna 1600 ja ryhtyi
selvittämään Marsin liikettä. Kyseessä oli haastava ongelma sillä suuren
eksentrisyyden vuoksi Marsin rataa oli vaikea kuvailla episykleillä.
|
|
Tyko Brahe kuoli 1601 ja Kepler sai haltuunsa tämän valtavan
havaintoaineiston. Samalla Kepleristä tuli keisarillinen matemaatikko.
Marsin liikettä tutkiessaan hän muotoili kolme planeettojen liikelakiaan:
- I Planeetta liikkuu pitkin ellipsirataa, jonka toisessa polttopisteessä
on Aurinko
- II Auringosta planeettaan piirretty viiva pyyhkäisee yhtä pitkien
aikavälien kuluessa yhtä suuret pinta-alat
- III Planeetan kiertoaikojen neliöt suhtautuvat toisiinsa kuten niiden
isoakselien puolikkaiden kuutiot
Kaksi ensimmäistä lakia Kepler esitteli Astronomia Novassa 1609
ja kolmannen Harmonice Mundissa 1619.
|
Katso animaatio klikkaamalla kuvaa |