Wereldbeelden
Hoe was het vroeger: Het wereldbeeld van Aristoteles tot Kepler
Van geocentrisme naar heliocentrisme
In de afgelopen hoofdstukken heb je kunnen lezen hoe de moderne sterrenkunde het heelal ziet. Ongeveer 2000 jaar geleden dachten Aristoteles en Ptolemaeus ook al na over hoe het heelal in elkaar zit. Volgens hen stond de Aarde in het middelpunt van het universum. We noemen dit wereldbeeld het geocentrische wereldbeeld (Geo = Aarde). Zij hadden het volgende beeld van het universum:
- de Aarde staat onbeweeglijk in het middelpunt van het universum
- de hemellichamen draaien rond de Aarde en beschrijven zuivere, cirkelvormige banen
- het universum wordt begrensd door de sfeer (bol) van vaste sterren die in - tegenovergestelde richting van de planeten draaien
- de sterren staan allemaal op dezelfde afstand van de Aarde.
Niet alle Griekse filosofen onderschreven dit wereldbeeld. Een variatie is bijvoorbeeld dat de Aarde wel om zijn as draait, maar verder stilstaat in het middelpunt van het universum. Er was zelfs een filosoof, Aristarchus van Samos, die een heliocentrisch wereldbeeld voorstond. Hierbij staat de Zon (Helios = Zon) in het middelpunt en bewegen de planeten om de Zon. Maar ondanks deze andere modellen was het wereldbeeld van Ptolemaeus het overheersende wereldbeeld in de Middeleeuwen in Europa.
In de loop van de Middeleeuwen merkte men dat de posities van sterren ten opzichte van de Aarde veranderen en dat de planeten niet in exacte cirkelbanen bewegen. Een mogelijke verklaring hiervoor was dat de Aarde ook beweegt.
Copernicus was de eerste die in de moderne tijd vraagtekens zette bij het geocentrische wereldbeeld en in detail schreef over het heliocentrische wereldbeeld.
Rond 1530 schreef hij zijn belangrijkste werk over de omwentelingen van de hemelse sferen. Door de Zon als middelpunt te nemen, was Copernicus in staat om de dagelijkse beweging van de sterren te verklaren en de banen van de planeten eenvoudiger te beschrijven.
In zijn tijd was het zeer gevaarlijk om te beweren dat de Aarde slechts één van de vele planeten is. Dit werd gezien als godslastering. Daarom verborg Copernicus het manuscript en werd het pas gepubliceerd, toen Copernicus op zijn sterfbed lag.
Kort samengevat kan het heliocentrische wereldbeeld van Copernicus zo beschreven worden:
- de Zon staat in het middelpunt van het universum
- de Aarde staat niet stil, maar draait in 24 uur om haar as
- de Aarde en de planeten beschrijven een cirkelvormige baan om de Zon
- de Maan beschrijft een cirkelvormige baan om de Aarde
- de beweging van de sterren is slechts schijn.
Na Copernicus waren er meer astronomen die openlijk twijfelden aan het geocentrische wereldbeeld. Zij droegen daardoor bij aan een veranderend inzicht van de positie van de Aarde in de ruimte. Digges stelde in 1576 aan dat sterren niet allemaal op dezelfde afstand van de Aarde staan en dat het universum zich tot het oneindige uitstrekt. Wel gaf hij nog aan dat de buitenste sfeer van het universum identiek is aan de hemel.
Bruno schreef in 1584 een artikel over de oneindigheid van het universum. Daarin beweerde hij ook dat er vele werelden zijn. Door speculatief denken gaf hij in dat artikel aan dat:
- het universum oneindig is en dus geen welbepaald middelpunt heeft
- de sterren oneindig talrijk zijn en verspreid in de oneindige ruimte
- er een oneindig aantal werelden is verandering niet beperkt is tot het wereldse en geen teken van onvolmaaktheid is.
Hij moest zijn ideeën bekopen met acht jaar gevangenisstraf en de dood op de brandstapel na veroordeling voor ketterij.
Het heliocentrisme komt tot bloei
Tycho Brahe leverde eind 16e eeuw een grote bijdrage aan de bepaling van de planeetbanen. Brahe en zijn team deden dit met een voor die tijd ongekende precisie. De instrumenten die ze gebruikten hadden ze zelf gemaakt. Die instrumenten hadden een nauwkeurigheid van 2 boogminuten. Dit was een enorme prestatie, vooral omdat Brahe geen lenzen of telescopen gebruikte.
Bij het uitwerken van de resultaten ging Brahe echter in de fout. Hij kwam in de knel tussen de twee theorieën van dat moment, de theorie van Ptolemaeus (ondersteund door de kerk) en de theorie van Copernicus (ondersteund door geleerden). Om niemand voor het hoofd te stoten bedacht hij een derde theorie. Dit Tychoonse systeem bevat de volgende gedachtegang:
- het universum bevat 2 centra: de Aarde en de Zon
- de Aarde staat onbeweeglijk in het centrum, daar omheen draaien de Maan, de Zon en de sterren
- de andere planeten draaien om de Zon.
Brahe vond het idee dat de Aarde draaide absurd. Om dit aan te tonen schoot hij twee kogels af met een kanon. De ene kogel schoot hij naar het westen en de andere naar het oosten. Als de Aarde zich gedurende de reis van de kanonskogels zich ook maar een beetje zou hebben bewogen, zouden de twee afstanden verschillend uitvallen. Aangezien ze echter gelijk uitvielen dacht Brahe het bewijs in handen te hebben dat de Aarde onbeweeglijk was.
Op zijn sterfbed vertrouwde Brahe het Tychoonse systeem toe aan zijn favoriete leerling, de jonge Johannes Kepler. Deze was echter te zeer geboeid door de theorie van Copernicus om de theorie van de twee middelpunten te aanvaarden. Kepler zweeg hierover om de stervende Tycho te sparen, maar na zijn begrafenis maakte Kepler gebruik van Brahe's zeer nauwkeurige metingen om de beroemde wetten van Kepler te kunnen afleiden. In deze wetten worden de planeetbanen voor het eerste beschreven als ellipsen. Alle modellen tot dan toe gingen uit van cirkelbanen. De cirkel werd gezien als de perfecte figuur en men nam aan dat de hemelse sferen alleen door perfectie werden geregeerd. Het feit dat het uiteindelijk ellipsen blijken te zijn volgt uit de metingen van Brahe, maar was moeilijk te accepteren in eerste instantie door zelfs Kepler, die het toch zelf heeft bedacht.