התפתחות האסטרונומיה

1. התפתחות האסטרונומיה קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי של מורי הפיזיקה ולהוראה בכיתותיהם. אין לעשות שימוש כלשהו בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר (למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה); העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.

2. ראשית האסטרונומיה האסטרונומיה היא המדע העתיק ביותר. יש עדויות ארכיאולוגיות ברורות לעיסוק באסטרונומיה אצל התרבויות העתיקות ביותר (שומר, כ- 4000 שנה לפני הספירה).

3. ראשית האסטרונומיה ההודים הקדמונים האמינו שהאדמה עומדת על שלושה פילים. הפילים עומדים על גבו של צב ענק ונחש ארוך מקיף את כולם. כשהצב מתגרד, או אחד הפילים משתעל – מתרחשת רעידת אדמה ...

4. ראשית האסטרונומיה מראשיתה הייתה האסטרונומיה כרוכה הדוקות בדת. תנועות גרמי השמים ציינו את המחזורים החשובים של חיי האדם - חילופי היום והלילה, חודשי הירח ועונות השנה - ולפיכך נודעה להם משמעות מרובה. כוהני הדת של רוב התרבויות היו גם החוזים בכוכבים.

5. ראשית האסטרונומיה ידוע שהמצרים הקדמונים עסקו באסטרונומיה. בימים ההם שימשה האסטרונומיה הן כמדע תצפיתי (שסייע למשל לקבוע את לוח השנה) והן כבסיס לאסטרולוגיה שנחשבה כחלק בלתי נפרד ממנה.

6. ראשית האסטרונומיה הבבלים האמינו ביקום הבנוי משש שכבות – רקיעים למעלה, עולם המתים למטה והארץ ביניהם ...

7. ראשית האסטרונומיה כתבים אסטרונומיים מימיה האחרונים של ממלכת בבל, מן המאה השלישית לפני הספירה, כוללים נתונים מספריים תצפיתיים, ללא רמז למודל שיוכל להסביר את התצפיות.

8. כוכבים ופלנטות מאז ימי קדם הבחינו בני האדם בכוכבי שבת, שהמרחקים היחסיים ביניהם קבועים. הם כינו קבוצות כוכבים שונות בשמות בהתאם לצורה שיצרו. למשל – "הדובה הגדולה".

9. כוכבים ופלנטות אחד הכוכבים – כוכב הצפון – אינו משנה את מקומו. שאר הכוכבים חגים סביבו במסלולים מעגליים.

10. כוכבים ופלנטות כבר בתקופות קדומות הבחינו בחמישה כוכבי לכת – פלנטות. פירוש המילה ביוונית – נודדים, כיוון שהם נעו על כיפת השמים יחסית לכוכבי השבת הקבועים במקומם. כוכב חמה, נוגה, מאדים צדק ושבתאי.

11. כוכבים ופלנטות תנועת הפלנטות אינה סדירה. להוסיף סרט פלש

12. המודל הגיאוצנטרי פיתגורס (מאה שישית לפנה"ס) הגה את הרעיון שהארץ היא המרכז הנייח של היקום.

13. אפלטון אפלטון (427 – 324 לפנה"ס) הציג את השאלה: "כוכבי השבת נעים במסלולים מעגליים. מהם הצרופים של מסלולים מעגליים שלאורכם נעים כוכבי הלכת?"

14. אריסטו משך מאות בשנים היה מקובל להניח כי היקום קבוע ואינו משתנה, כפי שטען אריסטו (384-322 לפנה"ס). על פי תפיסתו העולם מחולק לשניים: עולם תת-ירחי, בו הגופים מורכבים מארבעה יסודות - אדמה, מים, אש ואוויר. עולם על-ירחי: כוכבי השבת, כוכבי הלכת והשמש.

15. אריסטו גרמי השמים מורכבים מיסוד חמישי בשם "אתר". תנועתו הטבעית של האתר היא מעגלית.

16. אריסטו כיוון שצורתו של צל הארץ על הירח בשעת ליקוי לבנה הוא מעגלי בקירוב, קבע אריסטו שהארץ היא בקירוב כדורית. אריסטו קיבל את התיאוריה של קודמיו שהארץ נמצאת במנוחה.

17. המודל הגיאוצנטרי כתבים המיוחסים לאסטרונום אוודוקסוס מקנידוס (Eudoxus of Cnidus), מן המאה הרביעית לפנה"ס, כוללים מודל גיאוצנטרי, לפיו כדור הארץ היה במרכז וסביבו סבו השמיים כולם.

18. המודל הגיאוצנטרי כל כוכב לכת נע כאילו הוא משובץ בכדור גדול שמרכזו מתלכד עם מרכז כדור הארץ, בעוד שהכדור סב על צירו. כדי להסביר את הנתונים האסטרונומיים, אוודוקסוס נאלץ להניח שציר הסיבוב עצמו אינו קבוע, אלא נוקף במעגל קטן כמו ציר הסיבוב של סביבון.

19. ראשית המודל ההליוצנטרי אריסטרכוס מסמוס (250-320 לפנה"ס): אסטרונום יווני, הראשון שגרס כי הארץ ושאר כוכבי הלכת מקיפים את השמש. המודל שלו לא התקבל. ערך תצפיות ומדידות כדי לקבוע את גודלם של השמש והירח ואת מרחקם מכדור הארץ, אך טעה בחישוביו בשל היעדרם של כלי תצפית מדויקים.

20. המודל הגיאוצנטרי של תלמי גדול האסטרונומים של העת העתיקה היה קלאודיוס פטולמיאוס - תלמי מאלכסנדריה (90 – 168 לספירה), שערך קטלוג של כמעט 2,000 כוכבים. הוא בנה דגם מסובך לתיאור תנועותיהם של גרמי השמים במערכת השמש .

21. המודל הגיאוצנטרי של תלמי היה זה דגם גיאוצנטרי - הארץ ניצבה ללא ניע במרכזו, ואילו השמש, הירח, כוכבי הלכת הידועים אז וכוכבי השבת הקיפו אותה, כל אחד בספֵירה (כדור) משלו.

22. המודל הגיאוצנטרי של תלמי כל כוכב לכת נע על מעגל משני (אפיציקל), כאשר מרכזו נע על מעגל ראשי שבמרכזו נחה הארץ.

23. המודל הגיאוצנטרי של תלמי תנועת כוכבי הלכת על פי מודל זה תאמה היטב את התצפיות. אך התנועה הייתה מסובכת ומורכבת. הכנסייה הקתולית קידשה את הדגם של תלמי, שהחזיק מעמד עד למאה ה-16, למרות אי הדיוקים שבו.

24. המודל הגיאוצנטרי של תלמי

25. קופרניקוס ראשון האסטרונומים המודרניים היה ניקולס קופרניקוס הפולני (1473-1543) שהציג מודל הליוצנטרי של מערכת השמש: השמש ניצבת במרכז, וכל כוכבי הלכת מקיפים אותה, וכן כוכבי השבת.

26. המודל של קופרניקוס קופרניקוס ידע היטב שעמדתו מנוגדת לדוֹגמה הכנסייתית ונרתע מלפרסם את רעיונותיו במשך זמן רב.

27. המודל של קופרניקוס

28. המודל של קופרניקוס קשיים במודל של קופרניקוס: • תנועת הארץ מנוגדת לחוויה היומיומית. • אם הארץ אינה במרכז – מה מקומו של האדם ביקום? • אם הארץ נעה – מהם חוקי התנועה? • מה גורם לתנועה של כוכבי הלכת? • תצפיות על בהירותו של נוגה סותרות את המודל.

29. טיכו ברהה אסטרונום דני (1546-1601). תכנן ובנה מכשירים אסטרונומיים גדולים ומדויקים וערך תצפיות בדיוק ובהיקף חסרי תקדים.

30. מצפה הכוכבים של טיכו ברהה

31. טיכו ברהה שני אירועים מיוחדים נצפו על ידי טיכו ברהה. הראשון היה הופעתו של כוכב חדש בשנת 1572. הוא כינה אותו Nova = כוכב חדש, וצפה בכוכב זה כשנתיים עד שלא נראה יותר. הייתה זו סופר נובה – התפוצצות של כוכב.

32. טיכו ברהה בשנת 2005 זיהו אסטרונומים את הכוכב המלווה שנותר מהתפוצצות הסופרנובה בשנת 1572.

33. טיכו ברהה האירוע השני נצפה על ידו בשנת 1579 – הופעתו של כוכב שביט. הוא תיעד את בהירותו, צבעו ואורך זנבו כפונקציה של הזמן.

35. טיכו ברהה שתי התופעות שבהן צפה טיכו התרחשו בעולם העל – ירחי, ובזאת ערער את האמונה בתיאוריה האריסטוטלית שעל פיה השמים אינם משתנים. איך ייתכן שהשביט נע דרך כל הכדורים? טיכו הציע מודל פשרה: חמשת כוכבי הלכת חגים סביב השמש, אך השמש (יחד איתם) נעה סביב כדור הארץ חסר התנועה.

36. המודל של טיכו ברהה

37. גליליאו גליליי צעד גדול קדימה עשתה האסטרונומיה בימי גליליאו גליליי (1564-1642), הראשון שצפה בשמים באמצעות טלסקופ בתחילת המאה ה-17.

38. תגליותיו של גליליאו באמצעות הטלסקופ פני הירח, הדומים לנוף כדור הארץ.

39. תגליותיו של גליליאו באמצעות הטלסקופ גלילאו צפה בכוכבי שבת רבים באמצעות הטלסקופ. מהמראה השונה של כוכבי הלכת ביחס לכוכבי השבת הסיק שמרחק כוכבי השבת מהארץ גדול מאד בהשוואה למרחק כוכבי הלכת ממנה.

40. תגליותיו של גליליאו באמצעות הטלסקופ גלילאו גילה ארבעה ירחים של כוכב הלכת צדק. בכך הציג לראשונה גרמי שמים שאינם מקיפים לא את הארץ ולא את השמש, ואושש את תפיסתו של קופרניקוס.

41. תגליותיו של גליליאו באמצעות הטלסקופ ב-1612 חקר את תופעת כתמי השמש. תנועת כתמי השמש לימדה את גליליאו שהשמש סובבת על צירה.

42. גליליאו גליליי גליליאו תמך בשיטת קופרניקוס בעת שרבים התנגדו לה עדיין, ועורר עליו את זעם הכנסייה (שהאמינה במודל של תלמי). בשנת 1616 הכריזה הכנסיה כי הרעיון של אי מרכזיות הארץ סותר את כתבי הקודש ומנוגד לשכל הישר. גללילאו נשפט פעמיים על ידי האינקוויזיציה ונענש במאסר עולם – בפועל מאסר בבית.

43. גליליאו גליליי מסופר שעל ערש מותו (ולפי גרסה אחרת, בצאתו ממשפט האינקוויזיציה השני) לחש: "Eppur si muove" (ואף על פי כן נוע תנוע - כלומר, הארץ סביב השמש). 350 שנה לאחר מותו של גלילאו, באוקטובר 1992, הוכרו התיאוריות שלו באופן רשמי על ידי הכנסיה הקתולית.

44. יוהנס קפלר אסטרונום גרמני, בן תקופתו של גלילאו (1571 – 1630). בהיותו בן 29 התקבל כעוזרו הראשי של טיכו ברהה. טיכו הטיל עליו לפתור את בעיית המאדים – היה פער בין החישובים לבין הערכים שנמדדו על ידי טיכו.

45. חוקי קפלר לאחר שנים של התמודדות עם הבעיה, הגיע קפלר למסקנה שמסלול המאדים אינו מעגל, או צירוף של מעגלים, אלא אליפסה.רעיון זה גרם לתפנית בחקר האסטרונומיה.

46. חוקי קפלר קפלר גילה קשרים מתמטיים בין אינספור המספרים שאסף טיכו וניסח את שלושת חוקי קפלר, המתארים את תנועת כוכבי הלכת.

47. הגדרת האליפסה אליפסה היא המקום הגיאומטרי של נקודות במישור, שסכום מרחקיהן משתי נקודות קבועות במישור הוא גודל קבוע. r1 + r2 = 2a

48. איך מציירים אליפסה ? r1 + r2 = 2a

49. פחיסות האליפסה המרחק בין המוקדים קובע את פחיסות האליפסה.

50. החוק הראשון של קפלר כל כוכב לכת נע במסלול אליפטי והשמש נמצאת באחד ממוקדי האליפסה.