Простое экспериментальное доказательство того, что Земля вращается вокруг Солнца

Ответ ироничен: без хороших инструментов нет доказательств . Люди, которые думали, что Солнце вращается вокруг Земли, были совершенно правы в том, что касается фактических свидетельств, до начала 1700-х и середины 1800-х годов, когда открылись две линии свидетельств, которые показали, что Земля движется.

Аберрация звездного света

В Википедии есть правильное, но слишком сложное объяснение . Самый простой способ подумать об этом — представить себя на знаке «стоп» в машине под дождем, а дождь падает прямо вниз. Когда вы начинаете двигаться, видимое направление падения дождя меняется так, что кажется, что он падает впереди вас и наклоняется к вам. Это аберрация.

В начале 1700-х годов было обнаружено, что звезды меняют свое положение, и в 1727 году Джеймс Брэдли правильно определил это как аберрацию звездного света из-за движения Земли вокруг Солнца. (Для любой звезды на 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 подпрыгивает относительно фона — стены за ним, деревьев снаружи или чего-то еще. Быстро переключайтесь между глазами, чтобы видеть это ясно.

По мере того, как Земля вращается вокруг Солнца, кажется, что близлежащие звезды также меняют свое положение относительно более далеких звезд. Ключевым моментом здесь является то, что были веские научные основания предполагать, что звезды были намного меньше Солнца. Если смотреть в телескоп, звезды покажутся дисками, и если бы они были похожи на Солнце, расстояние до них можно было бы определить по этим дискам. И они были достаточно близко, чтобы, если бы Земля действительно вращалась вокруг Солнца, параллакс должен был наблюдаться. Но это было не так, и отсутствие какого-либо заметного параллакса было сильным эмпирическим аргументом против гелиоцентрических теорий.

В действительности параллакс, конечно, существует, но параллакс всех звезд мал, потому что они находятся гораздо дальше, чем предполагалось по их дискам. (Видимые диски на самом деле были дифракционными дисками, а вовсе не настоящими дисками, но понимание дифракции начали понимать лишь почти столетие спустя.) 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 сильно противоречит принципу одинаковой достоверности всех систем отсчета (однако некоторые из них имеют гораздо больше смысла, чем другие). Например, при моделировании погоды или приливов и отливов гораздо разумнее использовать геоцентрическую, фиксированную точку зрения, а не невращающуюся геоцентрическую, гелиоцентрическую, барицентрическую или галактоцентрическую точку зрения. Можно, например, использовать гелиоцентрическую или даже галактоцентрическую точку зрения для моделирования земной погоды, но это было бы более чем глупо.

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

Проблема с геоцентрической точкой зрения 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 верная точка зрения. Этот аргумент недействителен, потому что, опять же, все системы отсчета одинаково действительны.

Обратите внимание: тот факт, что инерциальные системы отсчета в некотором смысле особенные, не означает, что неинерциальные системы отсчета недействительны.

Если вы начнете с идеи, что планеты, солнце, луна и земля — это все тела, которые все движутся в пространстве, исключая кажущиеся неподвижными 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.

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

• Их всегда можно увидеть вблизи Солнца.
• Наблюдаемые угловые расстояния Меркурия и Венеры от Солнца имеют закономерный характер.
• Меркурий имеет гораздо более близкое максимальное расстояние, чем Венера, и его угловое расстояние изменяется гораздо быстрее.
• Обе планеты остаются близко к эклиптике и никогда не колеблются нормально к ней.
• Орбиты обеих планет вокруг Солнца могут быть задокументированы и предсказаны относительно легко. Это можно сделать неточно и без телескопа, хотя Меркурию, находящемуся так близко к Солнцу, это сделать гораздо труднее.

Начиная с предпосылки движения тел по небу, я полагаю, что существуют доказательства того, что Меркурий и Венера имеют гелиоцентрическую орбиту. Кеплер точно описал это, но древние греки смогли очень хорошо смоделировать свое движение без телескопов в Антикитерском механизме в геоцентрических терминах.

Если бы древнегреческий астроном хотел точно смоделировать движение внутренних планет в гелиоцентрических терминах, он мог бы это сделать. Способ сделать это состоит в том, чтобы предположить, что неподвижные звезды жестко закреплены, и измерить угловые расстояния между ними всеми, а затем построить движение движущихся планет среди них. Секстанты и другие приспособления использовались древними мореплавателями, которые умели обращаться даже с примитивными . Так что это можно было сделать, чтобы реализовать «простой эксперимент или расчет», о котором вы просите. Было ли это когда-либо сделано , имея в виду этот вопрос, это немного другой вопрос.

Теперь о самой земле. Даже в древнем мире была хорошо понята связь между звездным днем ​​и солнечным днем . Прецессия Солнца вокруг плоскости эклиптики свидетельствует о гелиоцентрической орбите. Нужно просто смоделировать это , чтобы это стало ясно. Древние расчеты, относящиеся к звездному времени и циклу Метона , показывают, что гелиоцентрическое движение Земли можно было бы математически смоделировать, если бы оно было задумано и желательно.

Что касается внешних планет, то, на мой взгляд, это наименее интуитивно понятно, но и для них есть доказательства гелиоцентрической орбиты, но только на основе идеи о том, что Земля и внутренние планеты вращаются вокруг Солнца. Это происходит из наблюдения за их ретроградным движением . Эти планеты будут двигаться ретроградно против «неподвижных фоновых звезд» в определенное время, и это время можно соотнести с их угловым расстоянием от Солнца. Также разные планеты движутся по зодиаку с разной скоростью, что также коррелирует с амплитудой ретроградного движения.

Если вы моделируете все это с помощью гелиоцентрической орбиты, 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 движение Марса, Юпитера и Сатурна в своем Антикитерском механизме в геоцентрических терминах. Из этого следует, что точная математическая модель гелиоцентрического движения внешних планет была в пределах их досягаемости, если они когда-нибудь до нее доберутся.

Есть также некоторые свидетельства того, что по крайней мере некоторые древние мыслители смогли расшифровать все это в гелиоцентрическую модель. У древнегреческого Аристарха Самосского была гелиоцентрическая модель. Однако Платон и другие, казалось, не одобряли его, и эта реконструкция Антикиферского механизма , которая, как считается, появилась намного позже дней Аристарха, представляет собой геоцентрический порядок, моделирующий ретроградное движение планет. А гелиоцентрическое мышление осталось в меньшинствена западе до наших дней. Быть может, 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 затемнило для них то, что нам ясно.

Лучшим экспериментальным доказательством, вероятно, является ретроградное движение . Данные получить нелегко: их сбор занимает много времени, не говоря уже о том, что астроному придется не спать каждую ночь, выполняя кропотливые измерения положения каждого объекта. Но это можно сделать (древние греки знали об этом) и в современном мире можно просто использовать симулятор типа Stellarium .

Загрузите Stellarium, запустите его и перейдите к своему местоположению. Затем запустите симуляцию и ускорьте ее во много раз. Вы должны увидеть, как солнце и звезды вращаются вокруг вас. Затем выключите землю (чтобы вы могли видеть сквозь Землю), выключите атмосферу (чтобы днем ​​вы могли видеть звезды), переключитесь на экваториальную монтировку (Ctrl + M; это монтировка, на которой находится большая часть неба). неподвижно) и уменьшайте масштаб до тех пор, пока Солнце, Луна и все планеты не начнут двигаться по кругу.

Теперь внимательно посмотрите на движение всех планет. Вы должны увидеть, что Луна (и Солнце) движется по кругу, никогда не замедляясь. Этого и следовало ожидать, если бы они облетели Землю. Однако Меркурий не следует этому движению - он зримо исчезает вокруг Солнца. Марс тоже ведет себя по-разному: он ходит по кругу, потом останавливается, идет назад, а потом снова ходит по кругу. Это последнее поведение называется ретроградным движением, и его объяснение занимало много времени в древней астрономии. Древние греки придумали сложную теорию эпициклов, чтобы объяснить это, учитывая, что планеты вращаются вокруг Земли и движутся по идеальным кругам (ни одно из них не верно в современных знаниях).

Однако ретроградное движение можно легко объяснить, если бы Марс не вращался вокруг Земли, а вместо этого вращался вокруг Солнца. Это просто означало бы, что Марс становится ретроградным, когда мы обгоняем его на его орбите. Кроме того, это также объясняет, почему каждый раз, когда Марс становится ретроградным, он наиболее яркий, плюс он находится на противоположной стороне неба по отношению к Солнцу. Это также объясняет, почему Меркурий вращается вокруг Солнца.

Это не означает, что геоцентрическая модель не может объяснить те же самые наблюдения, но она намного проще. В гелиоцентрической модели каждая планета движется вокруг Солнца по простому пути, по эллипсу. В геоцентрической модели каждая планета обращается вокруг Земли, но эпицикл за эпициклом. Вот когда мы применяем бритву Оккама и приходим к выводу, что более простое объяснение верно.

Ну... сезонный цикл является достаточным доказательством того, что Земля и Солнце вращаются вокруг друг друга. То, вращается ли A вокруг B или B вокруг A, является аргументом об относительной массе. Если вы обнаружите, что движение всех других планет согласуется с тем, что они вращаются вокруг Солнца, а не вокруг Земли, вы можете заключить, что масса Солнца огромна и поэтому практически не подвержена влиянию притяжения Земли.

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

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

Точно так же геоцентрическая модель не может объяснить, почему наблюдатель на Земле видит, что положения звезд на небе образуют периодические эллипсы на небе с амплитудами (также известными как тригонометрический параллакс), которые, по-видимому, обратно коррелируют с тем, как далеко они находятся, но все со сроком год.

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

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.
• В полдень поставьте вертикально на эту поверхность длинный шест (чем длиннее, тем лучше).
• Измерьте его тень (направление и длину), которая должна быть полностью на плоской поверхности.
• Попросите кого-нибудь сделать то же самое (особенно шест такой же длины) в то же время далеко к северу от вас (чем дальше, тем лучше).
• Имейте треть точно таких же измерений далеко к югу от вас.

Оценка измерений должна установить:

• Поверхность Земли имеет примерно сферическую форму (на самом деле Земля представляет собой сплюснутый эллипсоид, но для подтверждения этого требуется более 3 измерений)
• Диаметр Земли находится в пределах заявленных значений (+/- ожидаемое отклонение из-за ошибки измерения и того факта, что вы измерили только очень приблизительную оценку)
• Грубая оценка расстояния от Земли до Солнца путем триангуляции

Используя камеру-обскуру, вы теперь можете получить приблизительную оценку фактического диаметра солнца по его видимому диаметру и оценке расстояния сверху. Даже с учетом всех погрешностей измерений 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). Шары должны быть грубыми приближениями установленных выше измерений (например, вы можете предположить, что солнце — это чистый водород, а земля — это чистое железо, чтобы получить оценку массы). Прикрепите нить к стержню и найдите точку равновесия. Скорее всего, это будет путь к шару, изображающему солнце (нужно учитывать вес стержня).

Теперь вы можете заставить два шара кружить друг вокруг друга, пока они висят на веревке.

Какой из них вращается вокруг другого?

С помощью относительно простого оборудования можно наблюдать за поведением спутников Юпитера. Принимая гипотезу о том, что Юпитер и все планеты вращаются вокруг Земли, следует ожидать, что окклюзия спутников Юпитером будет происходить очень регулярно. Но то, что мы видим, — это событие, происходящее в разное время относительно земных часов, даже не очень точных, что доказывает, что орбита Юпитера не является простым эпициклом вокруг Земли. Также наблюдение за любым спутником, не вращающимся непосредственно вокруг Земли, ставит под сомнение земно-центрический взгляд.

Очень просто: из-за относительного движения доказательств не существует. Любую ситуацию, которую вы придумаете, можно объяснить подправленным геоцентрическим модулем. Альберт Эйнштейн пришел к такому же выводу, когда сказал: «Я пришел к выводу, что движение Земли нельзя обнаружить ни с помощью какого оптического эксперимента». и «...к вопросу, можно ли сделать заметным движение Земли в космосе в земных экспериментах. Мы уже отмечали..., что все попытки такого рода приводили к отрицательному результату. До появления теории относительности был выдвинут, трудно было смириться с этим отрицательным результатом».