Коперник
1473-1543
Хелиоцентрична система
Въведение
• Човешкият вид винаги е бил запленен от нощното небе и от движенията на Слънцето, Луната и другите обекти, наречени от гърците plantai(“скитници”) и които ние наричаме планети. Слънцето и Луната са били важни за определяне на календара или за навигация. Планетите от своя страна са жизненоважни за астрологията, т.е. за вярата, обхванала целият античен свят – че по позицията на планетите в небето могат да се предсказват важни събития.

За древните системи
• Всъщност тогава са били познати само седем небесни тела:Слънцето, Луната, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Първият модел на Слънчевата система е бил очертан от гръцкия философ Еудоксас от Крит. Според този модел Слънцето, Луната и всички останали планети обикалят около Земята, а тя е неподвижна и не се върти. Орбитите са били подредени по следния начин: Луна, Меркурий, Венера, Слънце, Марс, Юпитер, Сатурн, като Луната е най-близо до Земята. Този модел приема орбитите им за кръгли, понеже тогава кръгът се е смятал за най-правилната фигура. Получава името геоцентричен.
• Втори гръцки философ(Аристотел от Самос) предложил друг модел, според който Слънцето е в центъра и е неподвижно, а планетите обикалят около него. Луната се върти около Земята, а тя се върти ежедневно около Северно-Южна ос. Другите орбити са както следва Меркурий, Венера, Земя, Марс, Юпитер,Сатурн и Меркурий е най-близо до Слънцето. Този модел става известен като хелиоцентричен.
За теорията на Птоломей
• Теорията, който Птоломей излага в неговата прочута книга, известна ни сега като Алманах, остава основна за повече от хилядолетие. Но тя се различава от теорията на Еудоксас. Птоломей я модифицира по няколко начина.
• Първо да въведем малко терминология. Деферент(deferants) е големият кръг около Земята, а  епицикъл(epicyles) са малките кръгове, които се движат около периферията на деферента.
• Първа модификация – вместо да се движат около деферента, планетите се движат по периферията на епициклите, а те вече по периферията на деферента.
• Втора модификация – Земята не в центъра на деферента, а е леко наляво от него.
• Освен това Птоломей приема, че телата се въртят еднакво около въображаема точка(equant),която е изместена в противоположна посока на Земята от центъра на деферента. С други думи той приема, че ЕР се върти винаги по-точно от СР.
• Освен това, движенията на “долните планети”(Меркурий и Венера), са еднакви с движението на Слънцето. Всъщност, центровете на епициклите им се движат върху мислената линия, свързваща Слънцето и Земята.
• Освен това, радиусните вектори, свързващи “горните планети”(Марс, Юпитер и Сатурн), са винаги успоредни на същата линия.
• Забележете, че всички небесни тела се движат по посока на часовниковата стелка за период от един ден. В заключение – има епицикли в епициклите на диаграмата. Всъщност някои планети се нуждаят от повече от 28 епецекъла, за да се сметнат движенията им. Това доказва колко е неточна теорията на Птоломей. 
• Но, въпреки че е изключително неточна, Птоломеевата система е спасена от църквата. Тя я използва като средство за доказване правотата на библията, че Слънцето се движи, а Земята не(евангелие на Йоан 10:12-13). Тази система остава цяло хилядолетие, докато Николай Коперник не написва своят труд “За въртенето”.
НИКОЛАЙ КОПЕРНИК (1473-1543)
• Николай Коперник е роден в гр.Торун -  Полша в семейството на богат търговец. Учи в Карковсия университет, изучва гръцки, дори превежда книга, получава образование на медик, но през целия си живот се интересува и работи по своята гениална идея.
• Вдъхновен от работите на древногръцкия философ Аристрах Самоски(ІІІв. Пр. Хр.), Коперник започва да развива теорията си и работи над нея 40 години. Коперник не издава труда си веднага, чувствайки слабостите на своята система.
• Георг Ретик, професор по математика във Витенбергския университет, се запознава с теорията на Коперник и една година по-късно пише книга за нея. Успява да убеди Коперник да издаде книгата си и така през май 1543г. “За въртенето” бива издадена. Коперник успява да получи първото издание на творбата си минути преди да издъхне. Това го спасява от гоненията на теорията му и презрението, което тя получава първоначално.
• Кеплер установил, че предговорът на книгата е анонимно написан от лютеранския свещеник Осиандер(той съблюдавал печатането на книгата), който я представя като удобна математическа хипотеза, а не като теория за строежа на Вселената. Това донякъде обяснява защо през първите години църквата няма нищо против книгата. Католишката реакция подлага на гонения последователите на Коперник едва след като разбира, че неговата система опровергава научно светото писание за устройството на света и подлага на съмнение цялата християнска религиозна догма.
Хелиоцентрична система
• Като епиграф на книгата “За въртенето” е написано “Нека не влиза никой, незнаещ геометрия”.Това е пишело на входа на Академията на Платон. В цялата книга на Коперник проличава огромното влияние на древногръцките автори върху него. Коперник приема света за сферичен,”защото тази форма е най-съвършена от всички”.
• В първата книга от своето съчинение той отрича централното положени на Земята. Той казва:”Повечето от авторите са съгласни с това, че Земята се намира в центъра на света. Всяко противоположно мнение те смятат за недопустимо, даже смешно. Ако размислим внимателно, ще се окаже, че този въпрос не е решен окончателно и за това не можа де се пренебрегне или да се остави неразгледан”.
• По-късно той прилага принципа на относителността на денонощното въртене на небесната сфера. Земята се завърта около своята ос за 24 часа, а обикаля около Слънцето за една година. С това движение се обяснява годишното движение на Слънцето всред съзвездията, т.е. смяната на годишните времена. “Ние виждаме, че се върти целия свят с изключение на Земята и онова, което я обкръжава непосредствено. А ако допуснем,че небето няма такова движение, а се движи Земята от запад на изток, то всеки, който сериозно помисли над това, ще се съгласи, че всички видими изгреви и залези на Слънцето и Луната се дължат именно на това.” Коперник отхвърля аргумента за неподвижността на Земята, че центробежните сили, ще я разрушат.
• “Защо все пак не допускат това в още по-голяма степен за Вселената, движението на която трябва да е толкова пъти по-голямо от Земята. По-скоро е необходимо да се предположи, че подвижността на Земята съвсем естествено съответства на нейната форма, отколкото да се мисли, че се движи целия свят, границите на който са неизвестни и необходими.” Това е първата успешна крачка към хелиоцентризма.
• След това Коперник отхвърля централното положение на Земята и поставя Слънцето в центъра на света. “Следователно, дори и Земята да извършва други движения, например да обикаля около някакъв център, то тези движения трябва да бъдат такива, каквито ние виждаме при другите планети и трябва да се проявяват в онези многообразни явления, по които ние съдим за годишната обиколка. За това, ако ние превърнем движението, за което става дума, от слънчево в земно и признаем неподвижността на Слънцето, то нищо не ще се измени в явленията изгрев и залез на знаците на зодиака и неподвижните звезди, когато те стават ту утринни, ту вечерни; също така  състоянията и правите и обратните движения на планетите ще се окажат принадлежащи не на тях, а следствие от движението на Земята, от които те заимстват техните движения.Накрая ни се налага да признаем, че центърът на света заема самото Слънце. Във всичко това ни убеждава разумният ред, в който следват едно след друго светилата и хармонията на цялата Вселена, ако ние поискаме само да погледнем на обкръжаващия ни свят, както се казва – с две очи.”
• Коперник предполага две движения на Земята: денонощно движение около ос, минаваща през северния и южния полюс, и годишно движение около ос, минаваща през Слънцето, перпендикулярна на равнината на еклиптиката. При тези две движения оста на денонощното движение не остава успоредна в пространството. За да обясни сезоните, Коперник предполага, че в обратна посока земната ос описва окръжност около ос, перпендикулярна на еклиптиката. Така положенията на земната ос са успоредни едно но друго. Някои изследователи не са разбирали описаното трето движение. След това Коперник дава разположението на небесните светила във Вселената: сфера на неподвижните звезди, Сатурн, Юпитер, Марс, Земя, Венера, Меркурий. Той пише: “Действително в този великолепен храм кой би могъл да сложи светилник(Слънцето) на друго, по-хубаво място, овен на това, откъдето той би могъл едновременно всички да осветява.” В първата книга аргументите са чисто естетични. В следващите пет е дадена обосновката на хелиоцентричната система.
• Във втората книга са разгледани основите на тригонометрията, видимото денонощно движение на небесната сфера и е определен наклонът на еклиптиката към екватора. Даден е каталогът на Поломей от 1024 звезди, като дължините са определени спрямо γ Aristis(Овен).
• В трета книга Коперник дава стойността на прецесията 50,26“г.Приема орбитата на Земята за ексцентрична окръжност с е=1/31. Въвежда за първи път понятията перихелий и афелий. Според Коперник взаимното положение на звездите не се изменя, защото диаметърът на земната орбита е нищожно малък в сравнение с разстоянието от Земята до неподвижните звезди.
• В четвърта книга се представя теорията за движението на Луната. Използват се два епецекъла с отношение на радиусите 1:4,63. Центровете О и А се движат в противоположни посоки с период един синодичен месец. Луната има период по епицикъл А половин синодичен месец.(Трябва да се отбележи, че тази теория не дава задоволително съвпадение с наблюденията)По нататък в книгата Коперник описва теорията на слънчевите и лунните затъмнения и методите за определяне на разстоянията до Луната и Слънцето.
• В четвърта книга се представя теорията за движението на Луната. Използват се два епецекъла с отношение на радиусите 1:4,63. Центровете О и А се движат в противоположни посоки с период един синодичен месец. Луната има период по епицикъл А половин синодичен месец.(Трябва да се отбележи, че тази теория не дава задоволително съвпадение с наблюденията)По нататък в книгата Коперник описва теорията на слънчевите и лунните затъмнения и методите за определяне на разстоянията до Луната и Слънцето.
• Петата и шестата книга са посветени на движението на планетите. Те се представят с деферент, който е ексцентрична окръжност и е епицикъл. Центърът на епицикълът В и планетата Р по епицикъла се движат в една и съща посока – обратно на часовниковата стрелка, и с еднакъв период. С помощта на наблюденията Коперник определя ексцентрицитета на деферента* и положението на апсидната линия АП. В тази част от труда на Коперник са дадени средните скорости на планетите, по които могат да се определят и сидеричните периоди.
• *e=OS/OA
• Геоцентричната система във варианта на Коперник може да бъде формулирана в следните твърдения:

• 1.Орбитите и небесните сфери нямат общ център;
• 2. Центърът на Земята не се явява център на Вселената, а само център на маса и орбита на Луната;
• 3. Всички планети се движат по орбити, център на които се явява Слънцето и затова то е център на света;
• 4.Разстоянието между Земята и Слънцето е по-малко сравнено с разстоянието между Земята и неподвижните звезди;
• 5.Денонощното движение на Слънцето-въображаемо и предизвикано от ефекта на движение на Земята, която се върти един път за 24 часа около своята ос. 6.Земята заедно с Луната, както и други планети, се върти около Слънцето.
• 7. Това движение на Земята и другите планети обяснява тяхното разположение и конкретните характеристики на движение на планетите.
• Благодарение на хелиоцентричната система Коперник за първи път в историята на астрономията получава относителните разстояния до телата от Слънчевата система, които са показани в таблицата по-долу. Въвежда единица за разстояние(наречена по-късно астрономическа единица), равна на разстоянието между Слънцето и Земята.
• Коперник прави нови наблюдения през 1515-1525; които по точност отстъпват на арабските. Всички наблюдения, направени до тогава, допускали интерпретация от гледна точка от геоцентричната и хелицентрична теория. Коперник е убедителен в своите доводи. Той чувства слабите пунктове от Геоцентричната система. Наблюденията му са неточни, това той компенсира с високата си култура, подкрепяйки хипотезите със сериозни аргументи. Книгата му е написана емоционално и убедително.
• В труда на Коперник “За въртенето” има нови идеи, но по принцип са запазени древногръцките традиции за геометрично обяснение на небесните явления. Хелиоцентричната му система е доста сложна – използва 34 епицикъла. В предговора на книгата пише, че е работил четири пъти по девет години. Тази система от много епецекли е подобна на Птоломеевата. Предказаните положения на планетите не са по-добри от тези на Геоцентричната система.
• Интересни факти
• Хелиоцентричната система е наречена така, понеже на гръцки Хелиос означава Слънце.
• Теорията на Коперник разклатила из основи християнството, но за жалост били представени в един математичен език, който не бил напълно разбираем от всеки.
• Лютеранството се опълчва първо срещу хелиоцентризма, защото той води към съблазън в всеки грамотен човек, защото Иисус е заповядал да спрат Слънцето, а не Земята.
• В началото на 16в. папа Климент VІІ се запознава с учението на Коперник. През 1559 се появява индекс на забранените книги, в който трудът на Коперник не попада. Най-близкият съветник на папа Павел ІІІ – кардинал Шеленберг – заинтересуван от хелиоцентризма, изиграва важна роля за разпространението му.
• В 1632г. Галилей публикува своя знаменит труд(“Диалог за двете главни системи на света – коперниковата и птоломеевата”). В тази книга Галилей напълно застава на страната на Коперник и по блестящ начин доказва несъстоятелността н птломеевата система.
• Коперник е бил погребан в катедралата във Фромборк. Години наред археолозите са търсили безуспешно останките му, когато на 3.11.2005, беше обявено, че през Август черепът му е бил намерен.
• Много преди да издаде “За въртенето”, Коперник издава своя “Малък коментар” посредством седем коментара, основа на хелиоценричнта система:
1. Не съседствува един център на всички небесни орбити и сфери.
2. Центърът на Земята не е център на света, а само център на тежестта и на лунната орбита.
3. Всички сфери са движат около Слънцето, което стои като че ли в средата на всичко.
4. Разстоянието между Земята и Слънцето е нищожно малко в сравнение с разстоянието между нея и звездите.
5. Всички движения, които наблюдаваме на сферата на неподвижните звезди, не принадлежат на нея, а на Земята. Имунно Земята с принадлежащите ú стихии извършва денонощно въртене около неизменните си полюси, при което небесната твърд и най-горното небе остават неподвижни през всичкото време.
6. Всички движения, които виждаме при Слънцето, не принадлежат на него, а на Земята. Ние се въртим около Слънцето, както и другите планети, така че Земята извършва няколко въртения.
7. Привидните прави и обратни движения на планетите не принадлежат на тях, а на Земята. Следователно нейното движение ни е достатъчно, за да обясним голям брой от видимите по небето движения.
8. Значение на коперниковите теории
9. Ретик препоръчва на своя приятел Райнголд да състави нови ефемериди, пресметнати по теорията на Коперник – т.н. “Пруски таблици”. Те са по-точни от ефемеридите на Региомонтан, което се дължи на по-голямото майсторство на Райнголд в изчислителната математика.
10. Философското значение на коперниковата теория е изключително голямо. Тя посочва варният път за развитието на науката. Преодоляно е геоцентричното мислене. На основата на тази тория Кеплер формулира трите закона за движението на планетите, а Нютон – закона за всеобщото привличане. От този момент хелиоцентризмът се превръща в съвременна теория за строежа на Вселената.