2.2: علم الفلك القديم

أهداف التعلم

في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:

• وصف الأمثلة المبكرة لعلم الفلك حول العالم
• اشرح كيف تمكن علماء الفلك اليونانيون من استنتاج أن الأرض كروية
• اشرح كيف تمكن علماء الفلك اليونانيون من حساب حجم الأرض
• وصف حركة الأرض التي تسمى الحركة التمهيدية
• وصف نظام بطليموس المركزي لحركة الكواكب

دعونا الآن نلقي نظرة سريعة على التاريخ. الكثير من الحضارة الغربية الحديثة مستمدة بطريقة أو بأخرى من أفكار الإغريق والرومان القدماء، وهذا صحيح في علم الفلك أيضًا. ومع ذلك، طورت العديد من الثقافات القديمة الأخرى أيضًا أنظمة متطورة لمراقبة السماء وتفسيرها.

علم الفلك حول العالم

عرف علماء الفلك البابليون والآشوريون والمصريون القدماء الطول التقريبي للسنة. على سبيل المثال، اعتمد المصريون منذ 3000 عام تقويمًا يستند إلى 365 يومًا. لقد تابعوا بعناية وقت صعود النجم الساطع سيريوس في سماء ما قبل الفجر، والتي لها دورة سنوية تتوافق مع فيضان نهر النيل. كان لدى الصينيين أيضًا تقويم عمل؛ فقد حددوا طول السنة في نفس الوقت تقريبًا مع المصريين. كما سجل الصينيون المذنبات والنيازك الساطعة والبقع الداكنة على الشمس. (تم إدخال العديد من أنواع الأجسام الفلكية في العلوم والكون: جولة مختصرة. إذا لم تكن على دراية بمصطلحات مثل المذنبات والشهب، فقد ترغب في مراجعة هذا الفصل.) في وقت لاحق، احتفظ علماء الفلك الصينيون بسجلات دقيقة لـ «النجوم الضيوف» - تلك التي عادة ما تكون ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها ولكنها تشتعل فجأة لتصبح مرئية للعين المجردة لبضعة أسابيع أو أشهر. ما زلنا نستخدم بعض هذه السجلات في دراسة النجوم التي انفجرت منذ وقت طويل.

طورت ثقافة المايا في المكسيك وأمريكا الوسطى تقويمًا متطورًا يعتمد على كوكب الزهرة، وقاموا بعمل ملاحظات فلكية من مواقع مخصصة لهذا الغرض منذ ألف عام. تعلم البولينيزيون التنقل بجوار النجوم عبر مئات الكيلومترات من المحيط المفتوح - وهي مهارة مكنتهم من استعمار جزر جديدة بعيدة عن المكان الذي بدأوا فيه.

في بريطانيا، قبل الاستخدام الواسع للكتابة، استخدم الناس القدماء الحجارة لتتبع حركات الشمس والقمر. ما زلنا نجد بعض الدوائر الحجرية العظيمة التي بنوها لهذا الغرض، والتي يعود تاريخها إلى 2800 قبل الميلاد. وأشهرها ستونهنج، الذي تمت مناقشته في الأرض والقمر والسماء.

علم الكونيات اليوناني والروماني المبكر

يُطلق على مفهومنا عن الكون - بنيته الأساسية وأصله - اسم علم الكونيات، وهي كلمة ذات جذور يونانية. قبل اختراع التلسكوبات، كان على البشر الاعتماد على الأدلة البسيطة لحواسهم للحصول على صورة للكون. طور القدماء علم الكونيات الذي جمع بين نظرتهم المباشرة للسماء ومجموعة متنوعة غنية من الرمزية الفلسفية والدينية.

قبل ما لا يقل عن 2000 عام من كولومبوس، كان المتعلمون في منطقة شرق البحر الأبيض المتوسط يعرفون أن الأرض كروية. قد يكون الإيمان بالأرض الكروية قد نشأ من زمن فيثاغورس، الفيلسوف وعالم الرياضيات الذي عاش قبل 2500 عام. كان يعتقد أن الدوائر والكرات هي «أشكال مثالية» واقترح أن الأرض يجب أن تكون بالتالي كرة. كدليل على أن الآلهة كانت تحب الكرات، أشار اليونانيون إلى حقيقة أن القمر عبارة عن كرة، باستخدام الأدلة التي وصفناها لاحقًا.

تلخص كتابات أرسطو (384-322 قبل الميلاد)، معلم الإسكندر الأكبر، العديد من أفكار عصره. يصفون كيف أن تطور مراحل القمر - شكله المتغير الواضح - ينتج عن رؤيتنا لأجزاء مختلفة من نصف الكرة الأرضية المضاء بنور الشمس مع مرور الشهر (انظر الأرض والقمر والسماء). عرف أرسطو أيضًا أن الشمس يجب أن تكون بعيدة عن الأرض أكثر من القمر لأنه في بعض الأحيان يمر القمر بالضبط بين الأرض والشمس ويخفي الشمس مؤقتًا عن الأنظار. نسمي هذا كسوف الشمس.

استشهد أرسطو بحجج مقنعة مفادها أن الأرض يجب أن تكون مستديرة. الأول هو حقيقة أنه عندما يدخل القمر أو يخرج من ظل الأرض أثناء كسوف القمر، يكون شكل الظل المرئي على القمر دائريًا دائمًا (الشكل\(\PageIndex{1}\)). ينتج الجسم الكروي فقط دائمًا ظلًا دائريًا. إذا كانت الأرض قرصًا، على سبيل المثال، فستكون هناك بعض المناسبات التي سيصطدم فيها ضوء الشمس على الحافة ويكون ظلها على القمر خطًا.

شكل الظل المستدير\(\PageIndex{1}\) للأرض. يحدث خسوف القمر عندما يتحرك القمر داخل وخارج ظل الأرض. لاحظ الشكل المنحني للظل - دليل على الأرض الكروية التي تم التعرف عليها منذ العصور القديمة. (الائتمان: تعديل العمل من قبل بريان باتشكوفسكي)

كحجة ثانية، أوضح أرسطو أن المسافرين الذين يذهبون جنوبًا لمسافة كبيرة قادرون على مراقبة النجوم غير المرئية في أقصى الشمال. وينخفض ارتفاع نجمة الشمال - النجم الأقرب للقطب السماوي الشمالي - مع تحرك المسافر جنوبًا. على الأرض المسطحة، سيرى الجميع نفس النجوم في السماء. التفسير الوحيد الممكن هو أن المسافر يجب أن يكون قد تحرك فوق سطح منحني على الأرض، ويظهر النجوم من زاوية مختلفة. (انظر كيف نعرف أن الأرض مستديرة؟ ميزة لمزيد من الأفكار حول إثبات أن الأرض مستديرة.)

حتى أن أحد المفكرين اليونانيين، أريستارخوس من ساموس (310-230 قبل الميلاد)، اقترح أن الأرض تتحرك حول الشمس، لكن أرسطو ومعظم العلماء اليونانيين القدماء رفضوا هذه الفكرة. كان أحد أسباب استنتاجهم هو فكرة أنه إذا تحركت الأرض حول الشمس، فإنها ستراقب النجوم من أماكن مختلفة على طول مدار الأرض. مع تقدم الأرض، يجب على النجوم القريبة تغيير مواقعها في السماء بالنسبة للنجوم البعيدة. بطريقة مماثلة، نرى الكائنات الأمامية تبدو وكأنها تتحرك على خلفية أبعد عندما نكون في حالة حركة. عندما نركب القطار، يبدو أن الأشجار الموجودة في المقدمة تغير موقعها بالنسبة للتلال البعيدة مع مرور القطار. دون وعي، نستخدم هذه الظاهرة طوال الوقت لتقدير المسافات من حولنا.

يُطلق على التحول الواضح في اتجاه الجسم نتيجة حركة الراصد اسم اختلاف المنظر. نسمي التحول في الاتجاه الظاهري للنجم بسبب المنظر النجمي للحركة المدارية للأرض. بذل اليونانيون جهودًا مكرسة لمراقبة اختلاف المنظر النجمي، حتى أنهم استعانوا بالجنود اليونانيين بأوضح رؤية، ولكن دون جدوى. يبدو أن النجوم الأكثر سطوعًا (وربما الأقرب) لم تتغير حيث لاحظها اليونانيون في الربيع ثم مرة أخرى في الخريف (عندما تكون الأرض على الجانب الآخر من الشمس).

هذا يعني إما أن الأرض لم تكن تتحرك أو أن النجوم يجب أن تكون بعيدة جدًا لدرجة أن تحول المنظر كان صغيرًا للغاية. تطلب عالم بهذا الحجم الهائل قفزة خيالية لم يكن معظم الفلاسفة القدماء مستعدين للقيام بها، لذلك تراجعوا إلى أمان الرؤية المتمحورة حول الأرض، والتي كانت ستهيمن على التفكير الغربي لما يقرب من ألفي عام.

كيف نعرف أن الأرض مستديرة؟

بالإضافة إلى الطريقتين (من كتابات أرسطو) التي تمت مناقشتها في هذا الفصل، يمكنك أيضًا التفكير على النحو التالي:

1. دعونا نشاهد سفينة تغادر مينائها وتبحر لمسافة بعيدة في يوم صافٍ. على الأرض المسطحة، سنرى فقط السفينة تصبح أصغر وأصغر عندما تبحر بعيدًا. لكن هذا ليس ما نلاحظه بالفعل. وبدلاً من ذلك، تغرق السفن تحت الأفق، مع اختفاء الهيكل أولاً ويبقى الصاري مرئيًا لفترة أطول. في النهاية، يمكن رؤية الجزء العلوي من الصاري فقط بينما تبحر السفينة حول انحناء الأرض. أخيرًا، تختفي السفينة تحت الأفق.
2. تدور محطة الفضاء الدولية حول الأرض مرة كل 90 دقيقة أو نحو ذلك. تظهر الصور المأخوذة من المكوك والأقمار الصناعية الأخرى أن الأرض مستديرة من كل منظور.
3. لنفترض أنك تعرفت على صديق في كل منطقة زمنية من الأرض. تتصل بهم جميعًا في نفس الساعة وتسأل: «أين الشمس؟» على الأرض المسطحة، سيعطيك كل متصل نفس الإجابة تقريبًا. ولكن على الأرض المستديرة ستجد، بالنسبة لبعض الأصدقاء، أن الشمس ستكون مرتفعة في السماء بينما بالنسبة للآخرين ستشرق أو تغيب عن الأنظار تمامًا (وهذه المجموعة الأخيرة من الأصدقاء ستغضب منك لإيقاظهم).

قياس الأرض بواسطة إراتوستينس

لم يعرف اليونانيون أن الأرض مستديرة فحسب، بل تمكنوا أيضًا من قياس حجمها. تم إجراء أول تحديد دقيق إلى حد ما لقطر الأرض في حوالي 200 قبل الميلاد بواسطة إيراتوستينس (276-194 قبل الميلاد)، وهو يوناني يعيش في الإسكندرية، مصر. كانت طريقته هندسية تعتمد على ملاحظات الشمس.

الشمس بعيدة جدًا عنا لدرجة أن جميع أشعة الضوء التي تضرب كوكبنا تقترب منا على طول خطوط متوازية بشكل أساسي. لمعرفة السبب، انظر إلى الشكل\(\PageIndex{2}\). خذ مصدرًا للضوء بالقرب من الأرض - على سبيل المثال، في الموضع A. تضرب أشعته أجزاء مختلفة من الأرض على طول مسارات متباينة. من مصدر الضوء عند B أو C (الذي لا يزال بعيدًا)، تكون الزاوية بين الأشعة التي تضرب الأجزاء المقابلة من الأرض أصغر. كلما زاد بُعد المصدر، كلما كانت الزاوية بين الأشعة أصغر. بالنسبة لمصدر بعيد للغاية، تنتقل الأشعة على طول خطوط متوازية.

الشكل: أشعة\(\PageIndex{2}\) الضوء من الفضاء. كلما زاد بُعد الجسم، كلما كانت أشعة الضوء القادمة منه أكثر توازيًا تقريبًا.

بالطبع، الشمس ليست بعيدة إلى ما لا نهاية، ولكن نظرًا لبعدها البالغ 150 مليون كيلومتر، فإن أشعة الضوء التي تضرب الأرض من نقطة على الشمس تتباعد عن بعضها البعض بزاوية صغيرة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها بالعين المجردة. ونتيجة لذلك، إذا قام الناس في جميع أنحاء الأرض الذين يمكنهم رؤية الشمس بالإشارة إليها، فإن أصابعهم، في الأساس، ستكون جميعها موازية لبعضها البعض. (وينطبق الشيء نفسه أيضًا على الكواكب والنجوم - وهي فكرة سنستخدمها في مناقشتنا لكيفية عمل التلسكوبات.)

تم إخبار إراتوستينس أنه في اليوم الأول من الصيف في مدينة سين بمصر (بالقرب من أسوان الحديثة)، ضرب ضوء الشمس قاع بئر عمودي عند الظهر. يشير هذا إلى أن الشمس كانت فوق البئر مباشرة - مما يعني أن ساين كانت على خط مباشر من مركز الأرض إلى الشمس. وفي الوقت والتاريخ المناظرين في الإسكندرية، لاحظ إراتوستينس الظل الذي صنعه عمود ورأى أن الشمس ليست فوق القمة مباشرة، بل كانت تقع جنوب الذروة بقليل، حتى أن أشعتها صنعت زاوية رأسيتها تساوي حوالي 1/50 من الدائرة (7°). نظرًا لأن أشعة الشمس التي تضرب المدينتين متوازية مع بعضها البعض، فلماذا لا يصنع الشعاعان نفس الزاوية مع سطح الأرض؟ استنتج إراتوستينس أن انحناء الأرض المستديرة يعني أن «المستقيم» لم يكن هو نفسه في المدينتين. وأدرك أن قياس الزاوية في الإسكندرية سمح له بمعرفة حجم الأرض. ورأى أن الإسكندرية يجب أن تكون 1/50 من محيط الأرض شمال ساين (الشكل\(\PageIndex{3}\)). تم قياس الإسكندرية لتكون 5000 ملعب شمال سين. (كان الملعب عبارة عن وحدة طول يونانية مستمدة من طول مضمار السباق في الملعب.) وهكذا وجد إراتوستينس أن محيط الأرض يجب أن يكون 50 × 5000، أو 250000 ملعب.

الشكل\(\PageIndex{3}\) كيف قام إراتوستينس بقياس حجم الأرض. قام إراتوستينس بقياس حجم الأرض من خلال مراقبة الزاوية التي تصل بها أشعة الشمس إلى سطح كوكبنا. تأتي أشعة الشمس بالتوازي، ولكن بسبب انحناء سطح الأرض، ينزل شعاع في ساين بشكل مستقيم إلى الأسفل بينما يصنع شعاع الإسكندرية زاوية 7 درجات مع العمودي. وهذا يعني، في الواقع، أن سطح الأرض في الإسكندرية قد انحنى بعيدًا عن ساين بمقدار 7 درجات أو 360 درجة، أو 1/50 من الدائرة الكاملة. وبالتالي، يجب أن تكون المسافة بين المدينتين 1/50 من محيط الأرض. (الائتمان: تعديل العمل من قبل NOAA Ocean Service Education)

لا يمكن تقييم دقة حل Eratosthenes بدقة لأن هناك شكوكًا حول أي من الأنواع المختلفة من الملاعب اليونانية استخدمها كوحدة المسافة الخاصة به. إذا كان الاستاد الأولمبي المشترك، فإن نتيجته كبيرة جدًا بنسبة 20٪. وفقًا لتفسير آخر، استخدم ملعبًا يساوي حوالي 1/6 كيلومتر، وفي هذه الحالة كان رقمه في حدود 1٪ من القيمة الصحيحة البالغة 40000 كيلومتر. حتى لو لم يكن قياسه دقيقًا، فإن نجاحه في قياس حجم كوكبنا باستخدام الظلال وأشعة الشمس وقوة الفكر الإنساني فقط كان أحد أعظم الإنجازات الفكرية في التاريخ.

هيبارخوس وسلك

ربما كان أعظم عالم فلك في العصور القديمة هو هيبارخوس، الذي ولد في نيقية في تركيا الحالية. أقام مرصدًا في جزيرة رودس حوالي 150 قبل الميلاد، عندما كانت الجمهورية الرومانية توسع نفوذها في جميع أنحاء منطقة البحر الأبيض المتوسط. هناك قام بقياس مواقع الأجسام في السماء بأكبر قدر ممكن من الدقة، حيث قام بتجميع كتالوج النجوم الرائد الذي يضم حوالي 850 إدخالًا. قام بتعيين إحداثيات سماوية لكل نجم، مع تحديد موقعه في السماء، تمامًا كما نحدد موقع نقطة على الأرض من خلال إعطاء خطوط الطول والعرض.

كما قام بتقسيم النجوم إلى مقادير ظاهرة وفقًا لسطوعها الظاهري. وأطلق على ألمع النجوم اسم «النجوم من الدرجة الأولى»؛ أما المجموعة التالية الأكثر سطوعًا، فهي «نجوم الدرجة الثانية»؛ وهكذا دواليك. لا يزال هذا النظام التعسفي نوعًا ما، في شكله المعدل، قيد الاستخدام حتى اليوم (على الرغم من أنه أقل فائدة لعلماء الفلك المحترفين).

من خلال مراقبة النجوم ومقارنة بياناته بالملاحظات القديمة، حقق هيبارخوس أحد أبرز اكتشافاته: فقد تغير موقع القطب السماوي الشمالي في سماء القرن ونصف القرن الماضيين. استنتج هيبارخوس بشكل صحيح أن هذا لم يحدث فقط خلال الفترة التي تغطيها ملاحظاته، ولكنه كان يحدث في الواقع طوال الوقت: الاتجاه الذي يبدو أن السماء تدور حوله يتغير ببطء ولكن باستمرار. تذكر من القسم الخاص بالأعمدة السماوية وخط الاستواء السماوي أن القطب السماوي الشمالي هو مجرد إسقاط للقطب الشمالي للأرض في السماء. إذا كان القطب السماوي الشمالي يتذبذب، فلا بد أن الأرض نفسها تقوم بالتذبذب. اليوم، نفهم أن الاتجاه الذي تسير فيه نقاط محور الأرض يتغير بالفعل ببطء ولكن بانتظام - وهي حركة نسميها الحركة التمهيدية. إذا سبق لك أن شاهدت تمايل علوي يدور، فقد لاحظت نوعًا مشابهًا من الحركة. يصف محور الجزء العلوي مسارًا على شكل مخروط، حيث تحاول جاذبية الأرض إسقاطه (الشكل\(\PageIndex{4}\)).

حركة\(\PageIndex{4}\) الشكل. مثلما يتذبذب محور قمة سريعة الدوران ببطء في دائرة، فإن محور الأرض يتذبذب في دورة مدتها 26000 عام. اليوم يقع القطب السماوي الشمالي بالقرب من النجم Polaris، ولكن قبل حوالي 5000 عام كان قريبًا من نجم يسمى Thuban، وفي غضون 14000 عام سيكون الأقرب إلى النجم Vega.

نظرًا لأن كوكبنا ليس كرة دقيقة، ولكنه ينتفخ قليلاً عند خط الاستواء، فإن سحب الشمس والقمر يجعله يتأرجح مثل القمة. يستغرق محور الأرض حوالي 26,000 عام لإكمال دائرة واحدة من الحركة الاستباقية. نتيجة لهذه الحركة، تتغير النقطة التي يشير فيها محورنا في السماء مع مرور الوقت. في حين أن Polaris هو النجم الأقرب إلى القطب السماوي الشمالي اليوم (سيصل إلى أقرب نقطة له حوالي عام 2100)، فإن النجم Vega في كوكبة Lyra سيكون نجم الشمال في 14000 عام.

نموذج بطليموس للنظام الشمسي

كان آخر عالم فلك عظيم في العصر الروماني هو كلوديوس بطليموس (أو بطليموس)، الذي ازدهر في الإسكندرية في حوالي عام 140. كتب مجموعة ضخمة من المعرفة الفلكية، والتي يطلق عليها اليوم اسمها العربي، Almagest (بمعنى «الأعظم»). لا يتعامل ألماغست حصريًا مع أعمال بطليموس؛ بل يتضمن مناقشة الإنجازات الفلكية للماضي، ولا سيما إنجازات هيبارخوس. اليوم، هو مصدرنا الرئيسي للمعلومات حول عمل هيبارخوس وغيره من علماء الفلك اليونانيين.

كانت أهم مساهمة لبطليموس هي التمثيل الهندسي للنظام الشمسي الذي تنبأ بمواقع الكواكب لأي تاريخ ووقت مرغوب فيه. قام هيبارخوس، الذي لا يملك بيانات كافية في متناول اليد لحل المشكلة بنفسه، بتجميع مواد رصدية للأجيال القادمة لاستخدامها. استكمل بطليموس هذه المادة بملاحظات جديدة خاصة به وأنتج نموذجًا كونيًا استمر لأكثر من ألف عام، حتى زمن كوبرنيكوس.

العامل المعقد في شرح حركات الكواكب هو أن تجولها الواضح في السماء ناتج عن مزيج حركاتها الخاصة مع الثورة المدارية للأرض. عندما نشاهد الكواكب من وجهة نظرنا على الأرض المتحركة، فإن الأمر يشبه إلى حد ما مشاهدة سباق السيارات أثناء تنافسك فيه. في بعض الأحيان تمر سيارات الخصوم بك، ولكن في أوقات أخرى تمر بها، مما يجعلها تبدو وكأنها تتحرك للخلف لفترة من الوقت فيما يتعلق بك.

\(\PageIndex{5}\)يوضح الشكل حركة الأرض وكوكب أبعد عن الشمس - في هذه الحالة، المريخ. تنتقل الأرض حول الشمس في نفس اتجاه الكوكب الآخر وفي نفس المستوى تقريبًا، لكن سرعتها المدارية أسرع. ونتيجة لذلك، فإنها تتفوق على الكوكب بشكل دوري، مثل سيارة سباق أسرع على المسار الداخلي. يوضح الشكل أين نرى الكوكب في السماء في أوقات مختلفة. يظهر مسار الكوكب بين النجوم في حقل النجوم على الجانب الأيمن من الشكل.

الشكل:\(\PageIndex{5}\) الحركة التراجعية لكوكب خارج مدار الأرض. توضح الحروف الموجودة على الرسم البياني مكان الأرض والمريخ في أوقات مختلفة. من خلال اتباع الخطوط من كل موقع أرضي عبر كل موقع من مواقع المريخ المقابلة، يمكنك رؤية كيف يبدو المسار الرجعي للمريخ مقابل نجوم الخلفية.

حركة تراجعية

توضح هذه المحاكاة الرجعية للمريخ حركة المريخ كما تُرى من الأرض وكذلك حركة الأرض التراجعية كما تُرى من المريخ. هناك أيضًا رسم متحرك لحركة الكوكبين بالنسبة لبعضهما البعض مما يخلق مظهر هذه الحركة.

عادةً ما تتحرك الكواكب شرقًا في السماء على مدار الأسابيع والأشهر أثناء دورانها حول الشمس، ولكن من المواقع B إلى D في الشكل\(\PageIndex{5}\)، عندما تمر الأرض بالكواكب في مثالنا، يبدو أنها تنجرف للخلف وتتحرك غربًا في السماء. على الرغم من أنها تتحرك بالفعل إلى الشرق، إلا أن الأرض التي تتحرك بسرعة قد تجاوزتها ويبدو، من وجهة نظرنا، أنها تتركها وراءنا. عندما تقترب الأرض من مدارها نحو الموقع E، يأخذ الكوكب مرة أخرى حركته الظاهرة باتجاه الشرق في السماء. تسمى الحركة الظاهرية المؤقتة للكوكب غربًا عندما تتأرجح الأرض بينه وبين الشمس بالحركة التراجعية. أصبح من السهل جدًا علينا فهم مثل هذه الحركة العكسية اليوم، بعد أن عرفنا الآن أن الأرض هي أحد الكواكب المتحركة وليست المركز الثابت لكل الخليقة. لكن بطليموس واجه مشكلة أكثر تعقيدًا بكثير تتمثل في شرح مثل هذه الحركة أثناء افتراض وجود أرض ثابتة.

علاوة على ذلك، ولأن الإغريق اعتقدوا أن الحركات السماوية يجب أن تكون دوائر، كان على بطليموس بناء نموذجه باستخدام الدوائر وحدها. للقيام بذلك، احتاج إلى عشرات الدوائر، بعضها يتحرك حول دوائر أخرى، في هيكل معقد يجعل المشاهد الحديث يشعر بالدوار. لكن يجب ألا ندع أحكامنا الحديثة تلقي بظلالها على إعجابنا بإنجاز بطليموس. في عصره، كان الكون المعقد المتمركز على الأرض معقولًا تمامًا، وبطريقته الخاصة، كان جميلًا جدًا. ومع ذلك، كما ورد أن ألفونسو العاشر، ملك قشتالة، قال بعد أن شرح له النظام البطلمي لحركات الكواكب، «لو استشارني الرب سبحانه وتعالى قبل الشروع في الخليقة، كان يجب أن أوصي بشيء أبسط».

حل بطليموس مشكلة شرح الحركات المرصودة للكواكب من خلال جعل كل كوكب يدور في مدار صغير يسمى دورة الحلقة. ثم دار مركز الدورة حول الأرض في دائرة تسمى المنحرف (الشكل\(\PageIndex{6}\)). عندما يكون الكوكب في الموضع x في الشكل\(\PageIndex{6}\) الموجود في مدار العجلة، فإنه يتحرك في نفس اتجاه مركز الدورة؛ من الأرض، يبدو أن الكوكب يتحرك شرقًا. ولكن عندما يكون الكوكب عند y، تكون حركته في الاتجاه المعاكس لحركة مركز العجلة حول الأرض. من خلال اختيار المزيج الصحيح من السرعات والمسافات، نجح بطليموس في جعل الكوكب يتحرك غربًا بالسرعة الصحيحة وللفترة الزمنية الصحيحة، وبالتالي تكرار الحركة التراجعية مع نموذجه.

الشكل: النظام الكوني المعقد\(\PageIndex{6}\) لبطليموس. يدور كل كوكب حول دائرة صغيرة تسمى العجلة. تدور كل دورة حول دائرة أكبر تسمى المتغير. لا يتركز هذا النظام بالضبط على الأرض ولكن على نقطة تعويض تسمى المكافئ. احتاج اليونانيون إلى كل هذا التعقيد لشرح الحركات الفعلية في السماء لأنهم اعتقدوا أن الأرض ثابتة وأن جميع حركات السماء يجب أن تكون دائرية.

ومع ذلك، سنرى في المدارات والجاذبية أن الكواكب، مثل الأرض، تنتقل حول الشمس في مدارات بيضاوية وليست دوائر. لا يمكن تمثيل سلوكهم الفعلي بدقة من خلال مخطط من الحركات الدائرية الموحدة. من أجل مطابقة الحركات المرصودة للكواكب، كان على بطليموس تركيز الدوائر المختلفة، ليس على الأرض، ولكن في نقاط تبعد بعض المسافة عن الأرض. بالإضافة إلى ذلك، أدخل حركة دائرية موحدة حول محور آخر، يسمى نقطة التعادل. كل هذا أدى إلى تعقيد مخططه إلى حد كبير.

إنه تكريم لعبقرية بطليموس كعالم رياضيات أنه تمكن من تطوير مثل هذا النظام المعقد لحساب ملاحظات الكواكب بنجاح. ربما لم يكن بطليموس ينوي أن يصف نموذجه الكوني الواقع، ولكن فقط ليكون بمثابة تمثيل رياضي يسمح له بالتنبؤ بمواقع الكواكب في أي وقت. مهما كان تفكيره، فإن نموذجه، مع بعض التعديلات، تم قبوله في نهاية المطاف باعتباره موثوقًا في العالم الإسلامي و (لاحقًا) في أوروبا المسيحية.

ملخص

أدرك اليونانيون القدماء مثل أرسطو أن الأرض والقمر عبارة عن كرات، وفهموا مراحل القمر، ولكن بسبب عدم قدرتهم على اكتشاف المنظر النجمي، رفضوا فكرة أن الأرض تتحرك. قام إراتوستينس بقياس حجم الأرض بدقة مذهلة. قام هيبارخوس بالعديد من الملاحظات الفلكية، وعمل كتالوج النجوم، وتحديد نظام المقادير النجمية، واكتشاف الانبثاق من التحول الواضح في موقع القطب السماوي الشمالي. وقد لخص بطليموس الأسكندري علم الفلك الكلاسيكي في كتابه Almagest؛ حيث شرح حركات الكواكب، بما في ذلك الحركة التراجعية، بدقة جيدة بشكل ملحوظ باستخدام نموذج متمركز على الأرض. تم قبول نموذج مركزية الأرض هذا، الذي يعتمد على مجموعات من الحركة الدائرية المنتظمة باستخدام الحلقات، كسلطة لأكثر من ألف عام.

مسرد المصطلحات

حجم واضح

مقياس لمدى سطوع النجم في السماء؛ فكلما زاد العدد، كلما بدا النجم خافتًا لنا

الكوزمولوجيا

دراسة تنظيم وتطور الكون

دراجة

المدار الدائري لجسم في النظام البطلمي، يدور مركزه حول دائرة أخرى (المنحرفة)

إختلاف المنظر

الإزاحة الواضحة لنجم قريب ينتج عن حركة الأرض حول الشمس

سباق (الأرض)

الحركة المخروطية البطيئة لمحور دوران الأرض الناتجة أساسًا عن قوة الجاذبية للقمر والشمس على الانتفاخ الاستوائي للأرض

حركة تراجعية

الحركة الظاهرة غربًا لكوكب على الكرة السماوية أو فيما يتعلق بالنجوم