Bukti eksperimental sederhana bahwa Bumi berputar mengelilingi Matahari

Apa percobaan atau perhitungan paling sederhana yang memberikan bukti bahwa bumi berputar mengelilingi matahari? Bisakah Anda menjelaskannya dan referensi sejarahnya? Banyak penjelasan sederhana seperti ini mengutip pengamatan seperti bahwa posisi relatif dua bintang diamati dari bumi bervariasi setiap malam - yang tidak akan benar jika bintang-bintang mengorbit bumi. Tapi bukankah pengamatannya juga konsisten dengan model di mana bintang-bintang mengorbit bumi tetapi melakukannya dengan kecepatan yang berbeda, sementara bumi masih mengorbit matahari? Penjelasan sederhana akan sangat membantu.

Jawabannya ironis: Tanpa instrumen yang baik, tidak ada bukti . Orang-orang yang berpikir bahwa Matahari mengelilingi bumi adalah benar sejauh bukti aktual sampai awal 1700-an dan pertengahan 1800-an ketika dua garis bukti terbuka yang menunjukkan bahwa Bumi bergerak.

Penyimpangan Starlight

Wikipedia memiliki penjelasan yang benar tetapi terlalu rumit . Cara termudah untuk memikirkannya adalah membayangkan diri Anda pada tanda berhenti di dalam mobil di tengah hujan, dan hujan turun langsung ke bawah. Ketika Anda mulai bergerak, arah hujan yang jelas berubah sehingga tampak jatuh dari depan Anda dan condong ke bawah ke arah Anda. Itu penyimpangan.

Pada awal 1700-an, bintang-bintang itu ditemukan bergeser posisinya, dan pada 1727, James Bradley dengan tepat mengidentifikasinya sebagai abberasi cahaya bintang karena gerakan Bumi mengelilingi Matahari. (Untuk setiap bintang di ekliptika, Bumi bergerak ke arahnya pada suatu waktu dalam setahun dan menjauh darinya enam bulan kemudian.)

Paralaks

Artikel Wikipedia tentang paralaks lebih baik, dan saya merujuk Anda untuk detailnya. Pada dasarnya, jika Anda mengangkat jari Anda di depan Anda dan melihatnya dengan mata kiri tertutup, dan kemudian dengan mata kanan tertutup, tampaknya melompat sehubungan dengan latar belakang - dinding di luar atau pohon-pohon di luar atau apa pun. Beralih bolak-balik di antara mata Anda dengan cepat untuk melihatnya dengan jelas.

Saat Bumi mengelilingi Matahari, bintang-bintang terdekat juga tampak bergeser posisinya relatif terhadap bintang-bintang yang lebih jauh. Poin kunci di sini adalah bahwa ada alasan ilmiah yang bagus untuk menganggap bahwa bintang-bintang itu jauh lebih kecil daripada Matahari. Dilihat melalui teleskop, bintang menunjukkan cakram dan jika mereka seperti Matahari, jarak mereka dapat disimpulkan dari cakram itu. Dan mereka cukup dekat sehingga jika Bumi benar-benar mengelilingi Matahari, paralaks seharusnya diamati. Tapi itu tidak dan kurangnya paralaks yang terlihat adalah argumen empiris yang kuat terhadap teori-teori Heliosentris.

Pada kenyataannya tentu saja paralaks ada, tetapi paralaks semua bintang kecil, karena mereka jauh lebih jauh daripada yang diperkirakan dari disk mereka. (Disk yang terlihat sebenarnya adalah disk difraksi dan bukan disk yang benar sama sekali - tetapi baru satu abad kemudian difraksi mulai dipahami.) Friedrich Bessel pertama-tama mengukur paralaks sesungguhnya dari sebuah bintang pada tahun 1838.

Anda tidak dapat membuktikan bahwa Bumi mengorbit Matahari daripada sebaliknya karena ini sangat bertentangan dengan semua kerangka referensi yang sama-sama valid (tetapi beberapa lebih masuk akal daripada yang lain). Sebagai contoh, jauh lebih masuk akal untuk menggunakan titik pandang Bumi yang terpusat pada Bumi daripada sudut pandang geosentris, heliosentris, barikentrik, atau galaktosentris yang berpusat pada Bumi saat memodelkan cuaca atau pasang surut. Seseorang bisa, misalnya, menggunakan sudut pandang heliosentris atau bahkan galaktosentris untuk memodelkan cuaca Bumi, tetapi melakukan hal itu akan sangat bodoh.

Di sisi lain, ketika memodelkan perilaku tata surya, jauh lebih masuk akal untuk menggunakan sudut pandang barikentrik heliosentris, atau bahkan lebih baik. Namun seseorang dapat menggunakan titik pandang Bumi-tetap yang berpusat pada Bumi karena semua kerangka acuan sama-sama valid (dalam teori). Melakukan hal itu tentu saja akan membuat persamaan gerak cukup jelek, dan lebih buruk lagi ketika mencoba untuk membuat persamaan gerak itu secara relativistik benar. Meskipun demikian, sudut pandang geosentris tetap valid secara teoritis - bahkan untuk memodelkan perilaku Bima Sakti.

Masalah dengan sudut pandang geosentris bukanlah bahwa itu tidak valid (yang bukan). Masalahnya adalah para pendukung geosentrisisme berpendapat (dan sayangnya, terus berdebat) bahwa ini adalah satu-satunya sudut pandang yang valid. Argumen ini tidak valid, karena sekali lagi, semua kerangka referensi sama-sama valid.

Perhatikan dengan baik: Hanya karena frame inertial khusus dalam arti tertentu tidak berarti bahwa frame non-inersia tidak valid.

Jika Anda mulai dengan gagasan bahwa planet-planet, matahari, bulan dan bumi adalah semua benda yang semuanya bergerak melalui ruang angkasa, mengecualikan bintang-bintang yang tampaknya tetap, dan kemudian melihat bukti apa yang ada tentang bagaimana mereka bergerak relatif satu sama lain, maka dalam konteks itu ada beberapa bukti yang dapat ditemukan dalam astronomi mata telanjang dibantu oleh instrumen navigasi yang tersedia bahkan untuk orang dahulu.

Pola pergerakan planet yang diamati adalah bukti orbit heliosentris. Planet-planet yang terlihat mengikuti pola-pola tertentu. Pertama, Merkurius dan Venus:

• Mereka selalu terlihat di sekitar matahari.
• Pemisahan sudut yang diamati antara Merkurius dan Venus dari matahari memiliki pola teratur.
• Merkuri memiliki pemisahan maksimum yang jauh lebih dekat daripada Venus, dan pemisahan sudutnya berubah pada kecepatan yang jauh lebih cepat.
• Kedua planet ini tetap dekat dengan ekliptika, dan tidak pernah berosilasi normal.
• Orbit kedua planet di sekitar matahari dapat didokumentasikan dan diprediksi dengan relatif mudah. Ini dapat dilakukan secara tidak tepat bahkan tanpa teleskop, meskipun jauh lebih sulit untuk Merkurius, karena sangat dekat dengan matahari.

Dimulai dengan premis tubuh yang bergerak di langit, saya percaya bukti ada untuk Merkurius dan Venus yang memiliki orbit heliosentris. Kepler menggambarkannya dengan tepat, tetapi orang-orang Yunani kuno mampu memodelkan gerakan mereka dengan sangat baik tanpa teleskop dalam Mekanisme Antikythera dalam istilah geosentris .

Jika seorang astronom Yunani kuno ingin secara tepat memodelkan gerakan planet-planet bagian dalam dengan istilah heliosentris , dia bisa melakukannya. Cara untuk melakukannya adalah dengan mengasumsikan bintang-bintang tetap adalah kaku, dan mengukur jarak sudut di antara mereka semua, dan kemudian merencanakan pergerakan planet-planet yang bergerak di antara mereka. Sextant dan perangkat lain digunakan oleh pelaut kuno yang sangat terampil bahkan dengan yang primitif . Jadi ini bisa dilakukan untuk mewujudkan "pengalaman atau perhitungan sederhana" yang Anda minta. Apakah itu pernah itu dilakukan, dengan pertanyaan dalam pikiran, adalah masalah sedikit berbeda.

Sekarang untuk bumi itu sendiri. Bahkan di dunia kuno hubungan antara hari sidereal dan hari matahari telah dipahami dengan baik . Pendahuluan matahari di sekitar bidang ekliptika adalah bukti adanya orbit heliosentris. Kita hanya perlu memodelkannya untuk membuatnya lebih jelas. Perhitungan kuno yang berkaitan dengan waktu sidereal dan siklus Metonik mengungkapkan bahwa gerakan heliosentris bumi dapat dimodelkan secara matematis, jika dipahami dan diinginkan.

Adapun planet-planet luar, menurut saya ini adalah yang paling tidak intuitif, tetapi ada bukti untuk orbit heliosentris untuk mereka juga, tetapi hanya dengan membangun gagasan bahwa bumi dan planet-planet dalam mengorbit matahari. Ini berasal dari mengamati gerakan retrograde mereka . Planet-planet ini akan bergerak mundur melawan "bintang-bintang berlatar tetap" pada waktu-waktu tertentu, dan waktu-waktu itu dapat dikorelasikan dengan pemisahan sudutnya dari matahari. Juga planet-planet yang berbeda bergerak melalui zodiak dengan kecepatan yang berbeda, yang juga berkorelasi dengan amplitudo gerakan retrograde.

Jika Anda mensimulasikan semua ini dengan ori heliosentris, sangat jelas terbukti bahwa kita di planet yang lebih dalam dan lebih cepat mengamati planet terluar yang lebih lambat di orbitnya. Orang Yunani kuno memiliki keterampilan yang cukup untuk memodelkan gerakan Mars, Jupiter, dan Saturnus dalam Mekanisme Antikythera mereka dalam istilah geosentris . Oleh karena itu, model matematika yang tepat dari gerakan heliosentris untuk planet-planet luar ada dalam jangkauan mereka, jika mereka pernah mencapainya.

Ada juga beberapa bukti bahwa setidaknya beberapa pemikir kuno yang mampu memecahkan kode semua ini menjadi model heliosentris. Aristarchus Yunani kuno dari Samos memiliki model heliosentris. Namun, Plato dan orang lain tampaknya merugikan, dan rekonstruksi ini dari Mekanisme Antikythera yang diyakini datang baik setelah hari Aristarchus' fitur geosentris pertunjukan planit yang model planet gerak retrograde. Dan pemikiran heliosentris tetap berada dalam minoritasdi barat sampai zaman modern. Mungkin orbit geosentris yang jelas dari bulan, atau pertanyaan tentang bintang-bintang (apakah mereka harus dimasukkan dalam model yang benar atau tidak), atau kurangnya teori gravitasi universal, cukup mengaburkan bagi mereka apa yang bagi kita jelas bagi mereka.

Bukti eksperimental terbaik mungkin adalah gerak mundur . Data tidak mudah diperoleh: butuh waktu lama untuk mengumpulkan, belum lagi seorang astronom harus begadang setiap malam menjaga pengukuran posisi setiap objek dengan susah payah. Tapi itu bisa dilakukan (orang Yunani kuno menyadarinya) dan di dunia modern Anda cukup menggunakan simulator seperti Stellarium .

Unduh Stellarium, mulai, dan navigasikan ke posisi lokal Anda. Kemudian atur menjalankan simulasi dan percepat berkali-kali. Anda akan melihat matahari dan bintang-bintang berputar di sekitar Anda. Kemudian matikan tanah (sehingga Anda dapat melihat melalui Bumi), matikan atmosfer (sehingga Anda dapat melihat bintang di siang hari), beralih ke gunung khatulistiwa (Ctrl + M; ini adalah gunung tempat sebagian besar langit berada stasioner), dan perkecil hingga Matahari, Bulan, dan semua planet tampak bergerak dalam lingkaran.

Sekarang perhatikan baik-baik gerakan semua planet. Anda harus melihat bahwa Bulan (dan Matahari) berputar-putar tanpa pernah melambat. Inilah yang Anda harapkan jika mereka mengelilingi bumi. Namun Merkurius tidak mengikuti gerakan ini - tampaknya menghilang di sekitar Matahari. Mars berperilaku berbeda juga: ia berputar-putar, lalu berhenti, mundur, dan berputar-putar lagi. Perilaku terakhir ini disebut gerak mundur dan penjelasannya memenuhi banyak astronomi kuno. Orang-orang Yunani kuno datang dengan teori episiklik yang rumit untuk menjelaskannya, mengingat bahwa planet-planet mengorbit Bumi dan bergerak dalam lingkaran sempurna (tak satu pun dari ini benar dalam pengetahuan modern).

Namun gerak mundur dapat dengan mudah dijelaskan jika Mars tidak mengelilingi bumi, tetapi sebaliknya mengelilingi Matahari. Ini hanya akan berarti bahwa Mars mengalami kemunduran saat kita menyusulnya di orbitnya. Selain itu, ini juga menjelaskan bagaimana setiap kali Mars mengalami kemunduran, ia berada pada titik paling terang, plus berada di sisi berlawanan dari langit relatif terhadap Matahari. Ini juga menjelaskan mengapa Merkurius melakukan lilitan mengelilingi Matahari.

Ini tidak berarti bahwa model geosentris tidak dapat menjelaskan pengamatan yang sama, tetapi lebih sederhana secara drastis. Dalam model heliosentris, setiap planet mengitari Matahari pada jalur yang sederhana, sebuah elips. Dalam model geosentris, setiap planet mengelilingi bumi, tetapi menggunakan epicycle demi epicycle. Saat itulah kami menerapkan Occam's Razor dan menyimpulkan bahwa penjelasan yang lebih sederhana itu benar.

Ya ... siklus musiman adalah bukti yang cukup bahwa Bumi dan Matahari saling mengorbit. Apakah A mengorbit B atau mengorbit A adalah argumen tentang massa relatif. Jika Anda menemukan bahwa pergerakan semua planet lain konsisten dengan mereka yang mengorbit Matahari tetapi bukan Bumi, Anda dapat menyimpulkan bahwa massa Matahari sangat besar dan karenanya hampir tidak terpengaruh oleh tarikan Bumi.

Pengamatan terperinci dari setiap bintang di langit mengungkapkan bahwa Bumi bergerak dalam orbit elips dengan kecepatan sekitar 30 km / s.

Ketika kecepatan garis pandang bintang diukur menggunakan efek Doppler, mereka harus dikoreksi untuk pergerakan Bumi. Jika tidak, maka seseorang akan melihat modulasi kecepatan yang tidak dapat dijelaskan, dengan periode 1 tahun dan amplitudo hingga 30 km / dtk yang akan berbeda tergantung pada arah bintang sehubungan dengan orbit Bumi-Matahari pesawat.

Demikian juga, model geosentris gagal menjelaskan mengapa pengamat di Bumi melihat posisi bintang di langit melakukan elips periodik di langit dengan amplitudo (alias paralaks trigonometri) yang tampaknya berkorelasi terbalik dengan seberapa jauh mereka, tetapi semua dengan jangka waktu satu tahun.

Mungkin ini bukan eksperimen "sederhana" yang Anda pikirkan, tetapi alam semesta tidak selalu dapat dipahami dengan apa yang terlihat oleh mata telanjang dan akal sehat.

Ini mungkin terlalu menyederhanakan banyak hal, tetapi inilah tujuan saya:

• Buat permukaan yang rata (semakin besar semakin bagus asalkan tetap rata), misalnya dengan meletakkan papan di permukaan air yang tenang.
• Pasang tiang panjang (semakin lama semakin baik) secara vertikal pada permukaan itu pada siang hari.
• Ukur bayangannya (arah dan panjang), yang harus benar-benar di permukaan yang rata.
• Mintalah seseorang melakukan hal yang sama (khususnya tiang yang sama panjang) pada saat yang sama jauh di utara Anda (semakin jauh semakin baik).
• Miliki sepertiga dari ukuran yang sama persis jauh di selatan Anda.

Mengevaluasi pengukuran harus menetapkan:

• Permukaan bumi kira-kira berbentuk bola (sebenarnya bumi adalah ellipsoid oblate tetapi Anda membutuhkan lebih dari 3 pengukuran untuk mengonfirmasi itu)
• Diameter bumi berada dalam nilai yang dilaporkan (+/- penyimpangan yang diharapkan untuk kesalahan pengukuran dan fakta bahwa Anda hanya mengukur estimasi yang sangat kasar)
• Estimasi kasar jarak bumi-matahari dengan triangulasi

Dengan menggunakan kamera lubang jarum, Anda sekarang dapat mencapai estimasi kasar diameter aktual matahari dengan diameter semula dan estimasi jarak dari atas. Sekalipun mengakumulasi semua kesalahan pengukuran, perbedaan ukuran antara matahari dan bumi haruslah beberapa urutan besarnya.

Pasang dua bola ke ujung yang berlawanan dari batang (batang yang lebih ringan dibandingkan dengan bola yang lebih baik). Bola perlu perkiraan kasar dari pengukuran yang ditetapkan di atas (misalnya Anda bisa menebak matahari adalah hidrogen murni dan bumi adalah besi murni untuk mencapai estimasi massa). Pasang tali ke batang dan temukan titik keseimbangan. Kemungkinan besar itu adalah jalan menuju bola yang mewakili matahari (Anda harus mengakomodasi berat tongkat).

Anda sekarang dapat membuat dua bola melingkari satu sama lain sambil menggantung dari tali.

Yang satu berputar di sekitar yang lain?

Dengan peralatan yang relatif sederhana dimungkinkan untuk mengamati perilaku satelit Jupiter. Dengan asumsi hipotesis bahwa Yupiter dan semua planet berputar di sekitar Bumi, seharusnya diharapkan bahwa penyumbatan satelit oleh Yupiter akan terjadi secara sangat teratur. Tapi apa yang kita lihat adalah peristiwa yang terjadi pada waktu yang berbeda relatif terhadap jam yang terikat Bumi, bahkan yang tidak terlalu akurat, yang membuktikan bahwa orbit Jupiter bukanlah sepeda roda tiga yang sederhana di sekitar Bumi. Juga pengamatan terhadap satelit apa pun yang tidak secara langsung mengorbit Bumi menimbulkan keraguan pada pandangan yang berpusat pada Bumi.

Sangat sederhana: karena gerakan relatif, tidak ada bukti. Segala situasi yang Anda hadapi dapat dijelaskan oleh modul geosentris yang dimodifikasi. Albert Einstein sampai pada kesimpulan yang sama ketika dia berkata, "Saya percaya bahwa gerakan Bumi tidak dapat dideteksi oleh eksperimen optik apa pun." dan "... terhadap pertanyaan apakah gerakan Bumi di ruang angkasa dapat dibuat jelas dalam eksperimen terestrial. Kita telah berkomentar ... bahwa semua upaya alam ini menghasilkan hasil negatif. Sebelum teori relativitas diajukan, sulit untuk berdamai dengan hasil negatif ini. "