Sólmiðju-kenningin

1. Sólmiðju-kenningin Saga heimsmyndar

2. Heimsmynd miðalda • Heimsmynd miðalda var arfur frá Aristótelesi, Hipparkusi og Ptolemeusi eins og hún birtist í Almagest. • Jörðin var í miðju, Sólin, Tunglið og reikistjörnurnar á braut umhverfis.

3. Vandamál • Jarðarmiðjulíkanið átti erfitt með að skýra ýmsar hreyfingar stjarnanna. • Lykkjur á hreyfingum ytri reikistjarnanna var sérlega erfitt að skýra.

4. Plástrar • Reynt var að lagfæra líkanið með hjáhringjum en þeir dugðu aldrei alveg.

5. Nicolaus Copernicus (1473 – 1543) • Var fyrstur til að setja formlega fram sólmiðjukenningu. • Birtist fyrst í bókinni De revolutionibus orbium coelestium, sem kom út árið 1543. • Lítið lesið fyrstu árin og var lítið umtöluð.

6. Bakhreyfingin • Sólmiðjulíkanið gat með eðlilegum hætti skýrt bakhreyfingu ytri reikistjarnanna. • Ytri reikistjörnurnar virðast taka lykkju á leið sinni þegar Jörðin fer framúr þeim.

7. Venus og Merkúr • Líkan Copernicusar skýrir hvers vegna Merkúr og Venus eru kvöld- og morgunstjörnur. • Skýringin felst í því að þær eru nær Sólu en Jörðin.

8. Ptolemeus hafði reynt að skýra hvers vegna Venus var alltaf nærri Sólu með því að búa til aukahring sem braut Venusar en miðja hringsins var á línu sem var föst á milli Sólar og Jarðar.

9. Umferðartími og fjarlægðir • Copernicus áttaði sig á því að til væri sólbundinn tími (synodic) og stjörnutími (sidereal). Fann einnig tengslin þar á milli. • Gat ákvarðað umferðartíma reikistjarnanna í stjörnutíma og áætlað hlutfallslegar fjarlægðir reikistjarnanna frá Sólu. • Var mjög nærri réttum gildum. • AU = Astronomical Unit = Stjarnfræðieining = meðalfjarlægð Jarðar frá Sólu = 149 598 000 km

11. Hringir eða ? • Copernicus áttaði sig á því að hringlaga brautir reikistjarnanna dugðu ekki til að skýra hreyfingar þeirra. • Bætti inn hjáhringjum líkt og Ptolemeus hafði gert til að auka nákvæmnina. • Var ekki mikið betra líkan en eldri líkön til að spá fyrir um hreyfingar reikistjarnanna. • Almennt tóku stjörnufræðingar það ekki upp.

12. Tyge Brahe (1546 – 1601) • Danskur aðalsmaður sem hóf snemma að stunda stjörnurannsóknir. • Aðhylltist alltaf Jarðarmiðjukenninguna. • Mikill ævintýra- og lífsnautnamaður. • Missti ungur hluta úr nefi í einvígi og bar eftir það gervinef úr kopar. • Nefnist á latínu Tycho Brahe

13. Hven • Með stuðningi danska konungsins gat Tyge reist tvær stjörnuathugunarstöðvar á einni Hven sem nefndust Uraniborg og Stjerneborg. • Innleiddi mjög nákvæmar aðferðir við stjörnuathuganir sem enn eru notaðar í dag.

14. Hliðrun (Parallax) • Tyge Brahe áttar sig á því að unnt er að nota hliðrun til að ákvarða fjarlægðir til nálægra stjarna. • Tekst ekki að mæla neitt slíkt og ályktar að það sé vegna þess að Jörðun hreyfist ekki. • Í raun er hægt að mæla þessa hliðrun fyrir nálægar stjörnur en hún er of lítil til að unnt sé að gera það með berum augum.

15. Arfleifð • Tyge Brahe hafði með starfi sínu búið til langbesta gagnagrunn um hreyfingar reikistjarnanna sem nokkurn tímann hafði verið gerður. • Aðstoðamaður hans síðustu æviárin, Johannes Kepler, tók við þessum gögnum og vann með þau áfram.

16. Galileo Galilei (1564 – 1642) • Þróaði sjónauka og var með þeim fyrstu til að nota þá við stjörnuskoðun, 1610. • Sá meðal annars fasa Venusar, 4 stærstu tungl Júpiters, fjöll á Tunglinu, sólbletti og hringi Satúrnusar. • Auk þess sá hann Vetrar-brautina sem aragrúa stjarna. • Allt sem hann sá studdi sólmiðjukenninguna. • Lendir í deilum við kirkjuna.

17. Fasar Venusar Stærð Venusar og fasar passa við Sólmiðjukenninguna en alls ekki við líkan Ptolemeusar

18. Tungl Júpíters Skráningar Jesúítaprests frá um 1620 og mynd úr áhugamannasjónauka af Júpíter og tunglum þess.

19. Johannes Kepler (1571-1630) • Kepler var af virtum en efnalitlum ættum. • Lærði stærðfræði, stjörnufræði og stjörnuspeki. • Var aðstoðarmaður Tyge Brahe 1600 – 1601. • Notaði gagnasafnið til að þróa sólmiðjukenn-inguna og setti fram þrjú lögmál um hreyfingar reikistjarnanna.

20. Fyrsta lögmál Keplers • Brautir reikistjarnanna eru sporbaugar.

21. Sporbaugar • Sporbaugur hefur tvo brennipunkta. • Um sérhvern punkt á ferlinum gildir að summa fjarlægðanna frá brennipunktunum er fasti = 2a. • 2a = Langás 2b = Skammás • Hringvik e segir til um hversu teygður sporbaugur er. • Sporbaugur er keilusnið. • Jafna sporbaugs er:

22. Sólnánd/Sólfirrð • Sólnánd (perihelion) er þegar jörð er næst sólu á braut sinni: rmin = a – ae = a (1 – e) • Sólfirrð (aphelion) er þegar jörð er fjærst sólu á braut sinni: rmax = a + ae = a (1 + e)

23. Annað lögmál Keplers • Tengilína sólar og reikistjörnu fer ávallt yfir jafnstórt flatarmál á jafnlöngum tíma. • Lögmálið jafngildir því að hverfiþungi reikistjörnu í hringhreyfingunni sé fasti. • Hverfiþungi: L = mvr • Afleiðing af þessu er að hnettir fara ávallt hraðar nærri sólu en hægar fjarri sólu. • Sérstaklega áberandi fyrir halastjörnur.

24. Annað lögmál Keplers

25. Þriðja lögmál Keplers • Tengir saman umferðartíma reikistjörnu og fjarlægð frá sól. T2 = a3 • T = umferðartíminn í árum. • a = meðalfjarlægð frá sólu í AU. • AU = Astronomical Unit = stjarnfræðieining • 1 AU = 149 598 000 km

26. Þriðja lögmál Keplers

27. Isaac Newton (1643 – 1727) • Setur fram þrjú lögmál sem skilgreina krafta. • Notar lögmál Keplers og kraftalögmál sín til að setja fram þyngdarlögmálið. • Endaleg staðfesting á sólmiðjukenningunni.

28. Þyngdarlögmálið • Þyngdarlögmál Newtons segir að milli tveggja massa, m1 og m2, er ávallt aðdráttarkraftur sem minnkar með fjarlægðinni, r á milli þeirra. Kraftinn má reikna út skv. • Þar sem G = þyngdarfastinn = 6,67 · 10-11 Nm2/kg2.

29. Almennt form þriðja lögmáls Keplers • Newton gat með því að nota þyngdarlögmál sitt sett fram almennari útgáfu af 3. lögmáli Keplers: • Athugið að hér eru allar einingar í SI-einingakerfinu. • Ef annar massinn er mun stærri en hinn einfaldast jafnan í:

30. Brautir himinhnatta • Newton sýndi að brautir himinhnatta eru ávallt keilusnið.