Презентация, доклад по астрономии на тему О вращении небесных сфер

(лат. De revolutionibus orbium coelestium) — основной труд астронома XVI века Николая Коперника, опубликованный в 1543 году в Нюрнберге. Распространены также варианты перевода названия: «Об обращении (или: Об обращениях) небесных сфер» (или: небесных кругов).
В этой книге была впервые в христианской Европе предложена гелиоцентрическая модель мира, по которой Солнце является центром Вселенной, а планеты движутся вокруг него. Система мира Коперника предлагалась взамен общепризнанной на тот момент геоцентрической модели Птолемея, где центром была неподвижная Земля. Книга Коперника оказала огромное влияние на развитие научной революции в Европе Нового времени. На неё опирались продолжатели, развивавшие коперниковскую систему мира, — Галилей, Кеплер и Ньютон.

размещается в центре Вселенной, а Луна, Солнце и планеты совершают вокруг Земли движения нескольких типов (суточные, годовые и собственные). Для математического описания неравномерного движения планет Клавдий Птолемей предложил во II веке н. э. чрезвычайно сложную модель, которая давала практически приемлемую точность, однако многим казалась искусственной. В частности, протест вызывала умозрительная концепция экванта, с помощью которой объяснялось неравномерное движение планеты по небосводу.
Вопрос о том, кто из античных или средневековых учёных повлиял на формирование у Коперника гелиоцентрической идеи, до конца не выяснен. Сам он в предисловии к книге ссылается на древнегреческого философа V века до н. э. Филолая (у которого, впрочем, в центре мира было не Солнце, а некий «Центральный огонь») и мнение трёх античных учёных IV века до н. э.: Гераклида Понтийского, Экфанта и Гикета (Никиты Сиракузского). Непосредственный античный предшественник Коперника Аристарх Самосский в книге не упоминается, хотя взгляды Аристарха несомненно были Копернику известны из трудов Архимеда и Плутарха. Как обнаружили историки, в черновике рукописи имя Аристарха присутствует, но позднее было вычеркнуто.
Из средневековых учёных нерешительные попытки рассмотреть возможность движения Земли делали Николай Орем и Николай Кузанский. Долгое время эти идеи не получали развития. Современник Коперника, итальянский профессор Челио Кальканьини (Celio Calcagnini, 1479—1541), в своей восьмистраничной брошюре высказал мнение, что Земля совершает суточное вращение. Это мнение обсуждал также авторитетный итальянский астроном Франческо Мавролико. Труды Кальканьини и Мавролико появились почти одновременно с книгой Коперника, но вполне вероятно, что задолго до печати эти гипотезы обсуждались в научной среде. Более смелая идея вращения Земли вокруг Солнца до Коперника в христианской Европе открыто не высказывалась и не обсуждалась, и никто из упомянутых предшественников не пытался создать развитую математическую модель движения планет, сравнимую с птолемеевской.

простой и естественной, чем у древних, астрономической системы возник у Коперника, видимо, уже в 1500-е годы, когда он был студентом в Италии. Математическим преимуществом новой системы мира было то обстоятельство, что в ней каждое небесное светило совершало на два движения меньше, чем у Птолемея: суточный и годичный периоды становились кажущимися, возникающими из-за движения Земли. Коперник надеялся, что благодаря этому он сможет описать движение планет более точно и гармонично, чем это сделано в птолемеевом «Альмагесте» и общепризнанных на тот момент «Альфонсовых таблицах», рассчитанных в XIII веке.
По возвращении из Италии в 1506 году Коперник поселился в прусском городе Фрауенбург. Там он начал свою книгу о новой модели мира, обсуждая свои идеи с друзьями, среди которых было немало его единомышленников (например, Тидеман Гизе, епископ Кульмский). Примерно в 1503—1512 годах Коперник распространял среди друзей рукописный конспект своей теории «Малый комментарий о гипотезах, относящихся к небесным движениям». По-видимому, слухи о новой теории широко разошлись уже в 1520-х годах. Работа над главным трудом продолжалась почти 40 лет, Коперник постоянно вносил в неё уточнения, проводил наблюдения в своей обсерватории, готовил новые астрономические расчётные таблицы.
В 1530-х годах значительная часть книги была завершена, но Коперник не спешил её публиковать. В 1539 году Георг Иоахим Ретик, молодой математик из Виттенберга, прибыл во Фрауенбург к Копернику, воодушевился его идеями и стал преданным сторонником. Прочитав рукопись труда Коперника, Ретик сразу же написал конспект его идей в форме открытого письма, адресованного Иоганну Шёнеру, его учителю астрологии в Нюрнберге. Он опубликовал это письмо под названием «Narratio Prima» в Данциге в 1540 году (второе издание «Narratio» вышло в Базеле в 1541 году). Встретив всеобщий интерес, Коперник согласился на отдельную публикацию в 1542 году своего трактата по тригонометрии — второй части будущей книги «О вращении небесных сфер». Личная рукопись труда Коперника была обнаружена в XIX веке в Праге, в бумагах Ретика. Внимательное изучение рукописи помогло

Гизе, Коперник наконец согласился опубликовать книгу целиком. Он передал рукопись Ретику через Тидемана Гизе, и книга была опубликована в 1543 году в Нюрнберге, незадолго до смерти Коперника. Книга состояла из 196 страниц крупного размера (формат in folio).
Коперник скончался 24 мая 1543 года. Некоторые биографы (например, Пьер Гассенди и Тидеман Гизе), утверждают, что автор незадолго до смерти успел увидеть свой труд напечатанным. Но другие доказывают, что это было невозможно, так как последние месяцы жизни Коперник находился в тяжёлой коме.












Дом Петреуса в Нюрнберге, где было отпечатано первое издание De Revolutionibus

труда. В предисловии тема книги называется «Об обращении мировых сфер» (лат. De Revolutionibus Sphaerarum Mundi), а в заголовках отдельных глав стоит краткое название: «Об обращениях» (De Revolutionibus). Не исключено, что в конечном счёте название дал издатель, так как сохранившийся экземпляр рукописи Коперника не содержит титульного листа.

которого стоит посвящение папе Павлу III. В предисловии автор признаёт, что идеи его труда, противоречащие многовековой традиции, вызовут у многих неприятие и насмешки, так что он долго колебался, стоит ли предавать их публичной огласке. Коперник заранее оговаривает, что отвергает всякую вненаучную критику: «Если и найдутся какие-нибудь пустословы, которые, будучи невеждами во всех математических науках, всё-таки берутся о них судить и на основании какого-нибудь места Священного Писания, неверно понятого и извращённого для их цели, осмелятся порицать и преследовать это моё произведение, то я, ничуть не задерживаясь, могу пренебречь их суждением, как легкомысленным».
Нюрнбергский теолог Андреас Озиандер, которому Ретик поручил публикацию книги Коперника, из осторожности снабдил её вторым предисловием «К читателю. О предположениях, лежащих в основе этой книги». В этом обращении Озиандер объявил новую модель «нелепым», но полезным математическим приёмом, придуманным для сокращения вычислений: «нет необходимости, чтобы эти гипотезы были верными или даже вероятными, достаточно только одного, чтобы они давали сходящийся с наблюдениями способ расчёта». Одно время это предисловие приписывалось самому Копернику, хотя тот в ответ на просьбу Озиандера сделать подобную оговорку отказался. Тидеман Гизе в письме Ретику выразил своё негодование этой «бесчестной и преступной» вставкой и призвал перепечатать первые листы книги.

в несколько сокращённом виде (6 книг вместо 13).
Книга I. Главы 1—11 посвящены описанию шарообразности мира и Земли. При этом, вопреки Птолемею, вместо положения о неподвижности Земли помещена иная аксиома — Земля и другие планеты вращаются вокруг оси и обращаются вокруг Солнца. Эта концепция подробно аргументируется, а «мнение древних» опровергается (настолько убедительно, насколько позволяло зачаточное состояние тогдашней теоретической механики). С гелиоцентрических позиций Коперник без труда объясняет возвратное движение планет. Главы 12—14 — введение в практическую тригонометрию и таблицы синусов (в отличие от шестидесятеричных птолемеевых, у Коперника синусы десятичные).
Книга II — теория и принципы сферической астрономии, правила вычисления видимых положений звёзд, планет и Солнца на небесном своде. Глава 14 описывает астрономические приборы. В приложении помещён звёздный каталог, аналогичный птолемеевскому (VII—VIII книги «Альмагеста», с некоторыми обновлениями), с координатами 1024 звёзд. Этот каталог и вся книга II — самая ранняя часть всего труда.
Книга III посвящена годовому движению Земли и явлению предварения равноденствий.
Книга IV описывает видимое движение Луны по орбите, теорию лунных и солнечных затмений.
Книга V — теория движения планет по долготе.
Книга VI — полное толкование новой системы и разъяснения по расчётам положения астрономических объектов, в том числе о причинах изменения широт планет.

Коперника выглядит следующим образом.
В центре Вселенной располагается Солнце, вокруг него расположены восемь сфер. Внешняя сфера состоит из неподвижных звёзд, внутренние семь несут на себе планеты и Луну в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля с Луной, Марс, Юпитер, Сатурн. Характерно, что Коперник, в отличие от своих современников, Солнце и Луну не называет планетами.
Сферы совершают сложные равномерные вращения, увлекая связанные с ними планеты. Суточное движение Солнца — иллюзорно и вызвано вращением Земли вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе. Аналогично иллюзорным является годовое перемещение Солнца среди созвездий — Земля (вместе с Луной), как и другие планеты, обращается вокруг Солнца, и поэтому перемещение светил по Зодиаку — не более чем эффект годового движения Земли. Отметим, что центры планетных орбит у Коперника немного не совпадают с Солнцем.
В рамках гелиоцентризма сразу нашли простое решение многие научные проблемы. С точки зрения движущейся Земли становится понятным и видимое попятное движение планет, а смена времён года на Земле объясняется точно так же, как и в наши дни. Коперник первым нашёл правильное объяснение явления предварения равноденствий, о котором астрономы спорили 18 веков — причиной оказалось периодическое смещение земной оси, из-за чего сдвигается небесная система координат.
Несмотря на плохую точность своих астрономических инструментов, Коперник сумел изложить теорию движения Луны, гораздо более точную, чем птолемеевская. По теории Птолемея, видимый диаметр Луны в перигее должен быть вдвое больше, чем в апогее; этот нелепый вывод противоречил всем наблюдениям, но долгое время обходился молчанием. Коперник привёл свои расчёты, по которым разница составляла 8' (по современным данным, около 5').
Все эти положения подробно аргументируются, а доводы Аристотеля и других геоцентристов подвергаются критике. Например, Коперник сначала доказывает, что

с расстоянием до неподвижных звёзд, и этот факт он использует для доказательства суточного вращения Земли — ведь если Земля неподвижна, то суточный оборот совершает сфера звёзд, а тогда, с учётом её удалённости, придётся приписать звёздам немыслимую скорость. Вывод о чрезвычайной удалённости звёзд помог Копернику решить ещё одну проблему. Если Земля совершает движение вокруг Солнца за год, то должны существовать годичные параллаксы звёзд: конфигурация созвездия должна меняться с периодом в один год. Однако этого явления во времена Коперника никто не наблюдал. Коперник пояснил, что раз расстояния до звёзд намного превосходят радиус земной орбиты, то годичные параллаксы оказываются слишком незначительными, чтобы их можно было измерить. Аналогичный ответ на тот же вопрос давал и Аристарх Самосский в III веке до н. э. Надёжно зафиксировать параллакс удалось только в 1838 году.
Модель Коперника позволила автору впервые в истории астрономии рассчитать с хорошей точностью расстояния от Солнца до планет.















Схема возникновения годичного параллакса

P — планета, U — центр орбиты планеты. Четырёхугольник UEDP оставался равнобедренной трапецией. Движение планеты из точки E экванта выглядит равномерным (угол между отрезком EP и линией апсид SО изменяется равномерно). Таким образом, эта точка играет примерно такую же роль в системе Коперника, как точка экванта в системе Птолемея
С современной точки зрения, модель Коперника недостаточно радикальна. Все орбиты в ней круговые, движение по ним равномерное, так что для согласования с реальными наблюдениями пришлось сохранить искусственные птолемеевы эпициклы — правда, их стало несколько меньше. Представлению о Солнце как о рядовой звезде (уже в конце XVI века его отстаивал Джордано Бруно) и оценкам истинных масштабов Вселенной также ещё предстояло созреть.
Механизм вращения планет Коперник оставил прежним — вращение сфер, с которыми связаны планеты. Но тогда ось Земли в ходе годичного вращения должна поворачиваться, описывая конус; чтобы объяснить смену времён года, Копернику пришлось ввести третье (обратное) вращение Земли вокруг оси, перпендикулярной эклиптике; этот же механизм Коперник использовал для объяснения причины предварения равноденствий.
Ещё одним анахронизмом был особый статус Земли — хотя у Коперника она из центра мира стала обычной планетой, однако центр всех планетных орбит совпадал не с Солнцем, а с центром земной орбиты.
Птолемеев эквант Коперник упразднил; неравномерность движения по эклиптике (зодиакальное неравенство в движении планет) Коперник объяснял тем, что на движение по большой окружности (деференту) накладывается движение по малому эпициклу, который и переносит на себе планету. Этот эпицикл в одних точках тормозит, в других ускоряет движение планеты. Аналогичные теории (только в рамках геоцентрической системы мира) разрабатывали астрономы средневекового Востока (см. статью Марагинская революция). Так, теория движения внешних планет у Коперника совпадала с теорией Ал-Урди, теории движения Луны и Меркурия — с теорией Ибн аш-Шатира; фигурирует у Коперника и «пара Туси», использованная для объяснения зодиакального неравенства Насир ад-Дином ат-Туси.

Гиппарх, Птолемей, Галилей, Браге, Кеплер, Ньютон, Лаплас
Сразу же по выходе в свет книги Коперника у неё обнаружились как убеждённые сторонники, так и непримиримые противники. Известный виттенбергский астроном Эразм Рейнгольд, коллега Ретика, опубликовал рассчитанные на основе системы Коперника астрономические «Прусские таблицы» (лат. Tabulae Prutenicae, 1551 год). Таблицы Рейнгольда служили более 70 лет, пока не появились гораздо более точные Рудольфовы таблицы Кеплера (1627). Главным в теории Коперника Рейнгольд считал то, что в ней устраняется птолемеев эквант. Однако Рейнгольд хранил полное молчание относительно главного, что, с нашей точки зрения, есть в книге Коперника: гелиоцентрической гипотезы, как будто он её попросту не заметил.
В Англии апологию Копернику «Совершенное описание небесных сфер в соответствии с древней доктриной пифагорейцев, возрождённой Коперником, подкреплённое геометрическими демонстрациями» издал в 1576 году астроном Томас Диггес.
Католическая церковь, занятая борьбой с Реформацией, первоначально снисходительно отнеслась к новой астрономии, тем более что вожди протестантов (Мартин Лютер, Меланхтон) отзывались о ней резко враждебно. Эта снисходительность была связана и с тем, что для предстоящей реформы календаря были полезны наблюдения Солнца и Луны, содержащиеся в книге Коперника. Папа Климент VII в 1533 году благожелательно прослушал лекцию о гелиоцентрическом подходе, подготовленную учёным-ориенталистом Иоганном Альбертом Видманштадтом. Однако несколько епископов выступили с яростной критикой гелиоцентризма как опасной богопротивной ереси.

комментарий. Послание против Вернера. Упсальская запись / Перевод И. Н. Веселовского. — М.: Наука, 1964. — 646 с. — (Классики науки).
Приложение: Ретик Г. И. Первое повествование.
Тексты в Интернете:
Коперник Н. О вращении небесных сфер в библиотеке Гумер.
De revolutionibus orbium coelestium, Гарвард, текст на латинском.

(Жизнь замечательных людей, выпуск 7 (55)).
Веселовский И. Н., Белый Ю. А. Коперник, 1473—1543. — М., 1974.
Гинзбург В. Л. Гелиоцентрическая система и общая теория относительности (от Коперника до Эйнштейна) // Эйнштейновский сборник. — М.: Наука, 1973. — С. 19—83.
Дмитриев И. С. Искушение святого Коперника. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2006.
Энгельгардт М. А. Николай Коперник // Коперник. Галилей. Кеплер. Лаплас и Эйлер. Кетле. Биографические повествования (библиотека Ф. Павленкова, том 21). — 2-е изд. — Челябинск: Урал, 1997. — С. 5—73. — ISBN 5-88294-071-0..
Dreyer John L. E. History of the planetary systems from Thales to Kepler. — 1906. — P. 342.
Gingerich, Owen. An annotated census of Copernicus' De revolutionibus (Nuremberg, 1543 and Basel, 1566). — Leiden: Brill, 2002. — (Studia copernicana. Brill’s series; v. 2). — ISBN 90-04-11466-1..
Gingerich, Owen. The Book Nobody Read: Chasing the Revolutions of Nicolaus Copernicus. — New York: Walker, 2004. — ISBN 0-8027-1415-3.
Omodeo P. D. Copernicus in the Cultural Debates of the Renaissance. Reception, Legacy, Transformation. — Leiden—Boston: Brill, 2014.