Evidência experimental simples de que a Terra gira em torno do Sol

Quais são os experimentos ou cálculos mais simples que evidenciam que a Terra gira em torno do sol? Você pode, por favor, explicá-los e fazer referência à história? Muitas explicações simples , como esta, citam observações como a posição relativa de duas estrelas da Terra que são observadas variam a cada noite - o que não seria verdade se as estrelas orbitassem a Terra. Mas a observação também não é consistente com um modelo em que as estrelas orbitam a Terra, mas o fazem em velocidades diferentes, enquanto a Terra ainda orbita o Sol? Explicações simples seriam úteis.

A resposta é irônica: sem bons instrumentos, não há evidências . As pessoas que pensavam que o Sol girava em torno da Terra estavam perfeitamente corretas até as evidências reais até o início dos anos 1700 e meados de 1800, quando duas linhas de evidência se abriram, mostrando que a Terra se movia.

Aberração da luz das estrelas

A Wikipedia tem uma explicação correta, mas muito complicada . A maneira mais fácil de pensar nisso é imaginar-se em um sinal de parada em um carro na chuva, e a chuva está caindo direto. Quando você começa a se mover, a direção aparente da queda da chuva muda para que pareça estar caindo à sua frente e inclinando-se em sua direção. Isso é aberração.

No início dos anos 1700, descobriu-se que as estrelas estavam mudando de posição e, em 1727, James Bradley a identificou corretamente como uma aberração da luz das estrelas devido ao movimento da Terra ao redor do Sol. (Para qualquer estrela da eclíptica, a Terra está se movendo em direção a ela em alguma época do ano e se afastando dela seis meses depois.)

Paralaxe

O artigo da Wikipedia sobre paralaxe é melhor, e eu o refiro a ele para obter detalhes. Basicamente, se você levantar o dedo à sua frente e olhar com o olho esquerdo fechado e depois com o olho direito fechado, ele parece pular em relação ao fundo - a parede além ou as árvores externas ou o que quer que seja. Alterne rapidamente entre os olhos para vê-lo claramente.

À medida que a Terra gira em torno do Sol, as estrelas próximas também parecem mudar de posição em relação às estrelas mais distantes. Um ponto-chave aqui é que havia boas razões científicas para supor que as estrelas eram muito menores que o Sol. Visto através de um telescópio, as estrelas mostravam discos e, se fossem como o Sol, sua distância poderia ser deduzida a partir desses discos. E eles estavam perto o suficiente para que, se a Terra realmente rodeava o Sol, a paralaxe deveria ter sido observada. Mas não era e a falta de paralaxe perceptível era um forte argumento empírico contra as teorias heliocêntricas.

Na realidade, é claro que existe paralaxe, mas o paralaxe de todas as estrelas é pequeno, porque eles estão muito mais distantes do que o estimado em seus discos. (Os discos visíveis eram, na verdade, discos de difração e nem mesmo discos verdadeiros - mas não foi até quase um século depois que a difração começou a ser entendida.) Friedrich Bessel mediu primeiro a paralaxe real de uma estrela em 1838.

Você não pode provar que a Terra orbita o Sol em vez de vice-versa, porque isso contraria muito o fato de todos os referenciais serem igualmente válidos (mas alguns fazem muito mais sentido do que outros). Por exemplo, faz muito mais sentido usar um ponto de vista fixo e centrado na Terra, em vez de um ponto de vista geocêntrico, heliocêntrico, barocêntrico ou galactocêntrico não rotativo ao modelar o clima ou as marés. Pode-se, por exemplo, usar um ponto de vista heliocêntrico ou mesmo galactocêntrico para modelar o clima da Terra, mas fazê-lo seria além de estúpido.

Por outro lado, ao modelar o comportamento do sistema solar, faz muito mais sentido usar um ponto de vista heliocêntrico, ou melhor ainda, do sistema solar bentocêntrico. No entanto, poderia-se usar um ponto de vista fixo e centrado na Terra, porque todos os quadros de referência são igualmente válidos (em teoria). Fazer isso naturalmente tornaria as equações de movimento bastante feias e ainda mais feias ao tentar tornar essas equações de relatividade relativisticamente corretas. No entanto, um ponto de vista geocêntrico permanece teoricamente válido - mesmo para modelar o comportamento da Via Láctea.

O problema com um ponto de vista geocêntrico não é inválido (o que não é). O problema é que os defensores do geocentricismo argumentaram (e infelizmente continuam a argumentar) que esse é o único ponto de vista válido. Este argumento é inválido porque, mais uma vez, todos os quadros de referência são igualmente válidos.

Observe bem: só porque os quadros inerciais são especiais em algum sentido, não significa que os quadros não inerciais sejam inválidos.

Se você começa com a ideia de que os planetas, o sol, a lua e a terra são todos corpos que se movem pelo espaço, excluem as estrelas aparentemente fixas e depois vêem as evidências de como elas se movem uma em relação à outra, então, nesse contexto, há alguma evidência a ser encontrada na astronomia a olho nu, auxiliada por instrumentos de navegação disponíveis até para os antigos.

Os padrões de movimento observado dos planetas são evidências de órbita heliocêntrica. Os planetas visíveis seguem certos padrões. Primeiro, Mercúrio e Vênus:

• Eles são sempre vistos nas proximidades do sol.
• As separações angulares observadas de Mercúrio e Vênus do sol têm um padrão regular.
• Mercúrio tem uma separação máxima muito mais próxima que Vênus, e sua separação angular muda a uma taxa muito mais rápida.
• Ambos os planetas ficam perto da eclíptica e nunca oscilam normalmente.
• As órbitas de ambos os planetas ao redor do sol podem ser documentadas e previstas com relativa facilidade. Isso pode ser feito de maneira imprecisa, mesmo sem um telescópio, embora seja muito mais difícil para Mercúrio, estando tão perto do sol.

Começando com a premissa de que os corpos se movem pelos céus, acredito que existem evidências de Mercúrio e Vênus tendo uma órbita heliocêntrica. Kepler descreveu precisamente, mas os gregos antigos foram capazes de modelar seus movimentos muito bem sem telescópios no Mecanismo Antikythera em termos geocêntricos .

Se um astrônomo grego antigo quisesse modelar com precisão o movimento dos planetas internos em termos heliocêntricos , ele poderia fazê-lo. A maneira de fazer isso é assumir que as estrelas fixas são rigidamente fixadas e medir as distâncias angulares entre todas elas e, em seguida, traçar os movimentos dos planetas em movimento entre elas. Sextantes e outros dispositivos foram usados ​​por marinheiros antigos que eram altamente qualificados, mesmo com os primitivos . Portanto, isso poderia ter sido feito para realizar o "experimento ou cálculo simples" que você está solicitando. Se isso já foi feito, com essa questão em mente, é uma questão um pouco diferente.

Agora para a própria terra. Mesmo no mundo antigo, a relação entre o dia sideral e o dia solar foi bem compreendida . A precessão do sol ao redor do plano eclíptico é evidência de uma órbita heliocêntrica. Basta modelá-lo para deixar isso claro. Cálculos antigos relacionados ao tempo sideral e ao ciclo Metônico revelam que o movimento heliocêntrico da Terra poderia ter sido matematicamente modelado, se concebido e desejado.

Quanto aos planetas exteriores, na minha opinião, isso é o menos intuitivo, mas também há evidências de uma órbita heliocêntrica, mas apenas construindo a idéia de que a Terra e os planetas internos orbitam o sol. Isso vem da observação de seu movimento retrógrado . Esses planetas se moverão retrógrados contra as "estrelas fixas de fundo" em determinados momentos, e esses tempos podem ser correlacionados à sua separação angular do sol. Também os diferentes planetas se movem pelo zodíaco em velocidades diferentes, que também se correlacionam com a amplitude do movimento retrógrado.

Se você simular tudo isso com uma órbita heliocêntrica, é muito evidente que nós, em um planeta interior mais rápido, observamos um planeta externo e mais lento em sua órbita. Os gregos antigos tinham habilidade suficiente para modelar os movimentos de Marte, Júpiter e Saturno em seu Mecanismo Antikythera em termos geocêntricos . Portanto, segue-se que um modelo matemático preciso de movimento heliocêntrico para os planetas exteriores estava ao seu alcance, se é que algum dia o alcançaram.

Há também evidências de que pelo menos alguns pensadores antigos foram capazes de decodificar tudo isso em um modelo heliocêntrico. O grego antigo Aristarco de Samos tinha um modelo heliocêntrico. No entanto, Platão e outros pareciam desfavorá-lo, e esta reconstrução do Mecanismo Antikythera, que se acredita ter surgido bem após os dias de Aristarco, apresenta um oráculo geocêntrico que modela o movimento retrógrado planetário. E o pensamento heliocêntrico ficou dentro da minoriano oeste até a era moderna. Talvez a óbvia órbita geocêntrica da lua, ou a questão das estrelas (devam ou não ser incluídas em qualquer modelo correto), ou a falta de uma teoria universal da gravidade, obscurecida o suficiente para eles, o que para nós é claro.

A melhor evidência experimental é provavelmente o movimento retrógrado . Os dados não são facilmente adquiridos: leva muito tempo para coletar, sem mencionar que um astrônomo teria que ficar acordado todas as noites mantendo medições meticulosas das posições de cada objeto. Mas isso pode ser feito (os gregos antigos sabiam disso) e no mundo moderno você pode simplesmente usar um simulador como o Stellarium .

Baixe o Stellarium, inicie-o e navegue até a sua posição local. Em seguida, defina a simulação em execução e acelere-a várias vezes. Você deve ver o sol e as estrelas girarem ao seu redor. Em seguida, desligue o solo (para que você possa ver através da Terra), desligue a atmosfera (para que possa ver estrelas durante o dia), mude para a montagem equatorial (Ctrl + M; esta é a montagem onde a maior parte do céu está estacionário) e diminua o zoom até o Sol, a Lua e todos os planetas parecerem se mover em círculo.

Agora observe atentamente os movimentos de todos os planetas. Você deve ver que a Lua (e o Sol) circula em círculos sem diminuir a velocidade. Isso é o que você esperaria se eles circulassem a Terra. No entanto, Mercúrio não segue esse movimento - ele desaparece visivelmente ao redor do sol. Marte também se comporta de maneira diferente: gira e gira, depois para, volta e depois gira e gira novamente. Esse último comportamento é chamado de movimento retrógrado e sua explicação ocupava muita astronomia antiga. Os gregos antigos criaram uma complicada teoria dos epiciclos para explicá-la, já que os planetas orbitavam a Terra e se moviam em círculos perfeitos (nenhum deles é verdade no conhecimento moderno).

No entanto, o movimento retrógrado pode ser facilmente explicado se Marte não circula a Terra, mas sim o Sol. Isso significaria simplesmente que Marte fica retrógrado quando o ultrapassamos em sua órbita. Além disso, isso também explica como cada vez que Marte se torna retrógrado, é mais brilhante, além de estar do lado oposto do céu em relação ao Sol. Também explica por que Mercúrio faz suas voltas ao redor do Sol.

Isso não significa que o modelo geocêntrico não é capaz de explicar as mesmas observações, mas é drasticamente mais simples. No modelo heliocêntrico, todo planeta gira em torno do Sol por um caminho simples, uma elipse. No modelo geocêntrico, todo planeta gira em torno da Terra, mas em epiciclo após epiciclo. É quando aplicamos a Navalha de Occam e concluímos que a explicação mais simples está correta.

Bem ... o ciclo sazonal é evidência suficiente para que a Terra e o Sol estejam orbitando um ao outro. Se A orbita B ou B orbita A é um argumento sobre massa relativa. Se você achar que o movimento de todos os outros planetas é consistente com eles orbitando o Sol, mas não a Terra, você pode concluir que a massa do Sol é enorme e, portanto, pouco afetada pela atração da Terra.

Observações detalhadas de qualquer estrela no céu revelam que a Terra se move em uma órbita elíptica com uma velocidade de aproximadamente 30 km / s.

Quando as velocidades da linha de visão das estrelas são medidas usando o efeito Doppler, elas precisam ser corrigidas para o movimento da Terra. Caso contrário, veríamos uma modulação inexplicável das velocidades, com um período de 1 ano e uma amplitude de até 30 km / s que difeririam dependendo da direção da estrela em relação ao orbital Terra-Sol avião.

Da mesma forma, um modelo geocêntrico falha em explicar por que um observador na Terra vê as posições das estrelas no céu executar elipses periódicas no céu com amplitudes (também conhecidas como paralaxe trigonométrica) que parecem estar inversamente correlacionadas com a distância que estão, mas tudo com um período de um ano.

Talvez esses não sejam os experimentos "simples" em que você estava pensando, mas o universo nem sempre pode ser entendido com o que é visível a olho nu e ao bom senso.

Isso pode simplificar demais as coisas, mas aqui está a minha chance:

• Crie uma superfície plana (quanto maior, melhor, desde que fique plana), por exemplo, colocando uma placa em uma superfície imóvel de água.
• Coloque um poste longo (quanto maior, melhor) verticalmente nessa superfície ao meio-dia.
• Meça sua sombra (direção e comprimento), que precisa estar completamente na superfície plana.
• Peça a alguém que faça o mesmo (especialmente o mesmo comprimento da vara) ao mesmo tempo, ao norte de você (quanto mais longe, melhor).
• Tenha um terço das mesmas medidas exatas ao sul de você.

A avaliação das medições deve estabelecer:

• A superfície da Terra é aproximadamente esférica (na verdade, a Terra é um elipsóide oblato, mas você precisa de mais de 3 medições para confirmar isso)
• O diâmetro da Terra está dentro dos valores informados (+/- desvio esperado para erro de medição e o fato de você ter medido apenas uma estimativa muito aproximada)
• Estimativa aproximada da distância terra-sol por triangulação

Agora, usando uma câmera pinhole, é possível obter uma estimativa aproximada do diâmetro real do sol pelo diâmetro aparente e pela estimativa da distância a partir de cima. Mesmo acumulando todos os erros de medição, a diferença de tamanho entre o sol e a terra deve ser de algumas ordens de magnitude.

Prenda duas bolas nas extremidades opostas de uma haste (quanto mais leve a haste, comparada às bolas, melhor). As bolas precisam ser aproximações aproximadas das medidas estabelecidas acima (por exemplo, você pode imaginar que o sol é hidrogênio puro e a terra é ferro puro para obter uma estimativa de massa). Anexe uma corda à haste e encontre o ponto de equilíbrio. Provavelmente será o caminho para a bola representar o sol (você precisa acomodar o peso da haste).

Agora você pode fazer as duas bolas se circundarem enquanto penduradas na corda.

Qual deles gira em torno do outro?

Com equipamentos relativamente simples, é possível observar o comportamento dos satélites de Júpiter. Supondo a hipótese de que Júpiter e todos os planetas giram em torno da Terra, é de se esperar que a oclusão dos satélites por Júpiter ocorra regularmente. Mas o que vemos é o evento acontecendo em momentos diferentes em relação aos relógios ligados à Terra, mesmo que não sejam muito precisos, o que prova que a órbita de Júpiter não é um epiciclo simples ao redor da Terra. Também a observação de qualquer satélite que não orbita diretamente a Terra lança dúvidas sobre a visão centrada na Terra.

Muito simplesmente: por causa do movimento relativo, não existe prova. Qualquer situação que você apresentar pode ser explicada por um módulo geocêntrico ajustado. Albert Einstein chegou à mesma conclusão quando disse: "Eu acredito que o movimento da Terra não pode ser detectado por nenhum experimento óptico". e "... à questão de saber se o movimento da Terra no espaço pode ser perceptível em experimentos terrestres. Já observamos ... que todas as tentativas dessa natureza levaram a um resultado negativo. Antes da teoria da relatividade foi apresentado, era difícil se reconciliar com esse resultado negativo ".