⊕ En toch beweegt ze!
EEN KORTE GESCHIEDENIS VAN DE VROEGE ASTRONOMIE
Embedded Files
Als je vandaag aan sterrenkunde (= astronomie) doet, bestudeer je sterren, planeten en andere hemellichamen. Je bestudeert de plaats van die objecten, hoe ze zijn samengesteld, hoe ze bewegen, welke invloed ze op elkaar uitoefenen...
We twijfelen er niet aan dat mensen al lang naar de sterrenhemel kijken. Maar we zijn er ook zeker van dat de oudste sterrenkunde geen echte wetenschap was.
Toch hielden oude culturen zich wel degelijk bezig met het verzamelen van kennis. Maar hun onderzoek diende vooral politieke (astrologische voorspellingen), godsdienstige (rituelen) en praktische (kalenders) doelen. Hun onderzoek was vermengd met (en zelfs gestuurd door) geloof en bijgeloof.
De schijngestalten van de maan.
We kunnen er alleszins van uitgaan dat de eerste “astronomen” zeker de volgende dingen wisten, nog vóór er sprake was van systematische waarneming:
de zon beweegt met regelmaat langs de hemel. De zon heeft een dagcyclus én een jaarcyclus.
de maan beweegt met regelmaat langs de hemel. De maan heeft schijngestalten waarvan je het verloop makkelijk kan voorspellen.
de sterren staan t.o.v. elkaar in een vaste positie. Ze vertonen een dagelijkse rotatie langs de hemel én ook hier zien we een jaarcyclus.
er zijn “lichtpunten” die niet je niet steeds op dezelfde plaats tussen de sterren vindt. (Dat zijn de 5 planeten die we met het blote oog zien: Mercurius, Venus, Mars, Jupiter en Saturnus.)
Bewijzen voor oude astronomie
Bewijzen voor oude astronomie
Dit is Stonehenge in het zuiden van Engeland. Dit bouwwerk is ongeveer 4300 jaar oud. Er zijn aanwijzingen dat de positie van de stenen iets te maken heeft de stand van de zon in de verschillende seizoenen. (Maar zeker zijn we daar niet van.)
Deze planisfeer werd gevonden in de bibliotheek van de Assyrische koning Ashurbanipal die in Nineveh regeerde van 668 tot 627 voor onze tijdrekening. Het is een kleitablet met een diameter van 13 cm. Het is een voorstelling van een aantal sterrenbeelden. We vermoeden dat de teksten en figuren die erop staan astro-magisch zijn.
De Dresdener codex is een Maya-boek uit de elfde of twaalfde eeuw. Dit boek bevat astronomische tabellen die de Maya’s toelieten om de stand van de maan en de planeten aan de hemel te voorspellen. Daarmee legden de priesters vast wanneer bepaalde godsdienstige rituelen en andere gebeurtenissen plaats moesten vinden. Vooral de Venustabellen uit de codex zijn beroemd maar je vindt er ook in wanneer een zonsverduistering ging plaatsvinden en hoe de beweging van Mars verloopt aan de hemel.
SIMULATIE
Installeer Stellarium op een computer of gebruik Stellarium online. Bekijk wat er op dit moment aan de sterrenhemel te zien is. Verander de tijd en bekijk de sterrenhemel op een ander moment.
Astronomische kalenders
Astronomische kalenders
Dit zijn astronomische figuren uit het oude Egypte. De Egyptenaren dachten dat de aarde een rechthoekige doos was met op de hoeken bergen die de hemel omhoog hielden.
Astronomie was voor de Egyptenaren een mystieke bezigheid die werd beoefend door priesters. Ze noteerden duizenden jaren lang de positie en de beweging van de planeten aan de hemel en leiden daaruit de kosmische invloed af op het leven van de mensen. Dankzij hun waarnemingen slaagden ze er in om een kalender te ontwikkelen. Ze verdeelden het jaar in 3 seizoenen van 4 maanden: het seizoen waarin de waterstand van de Nijl sterk varieert, het seizoen om te zaaien en het seizoen om te oogsten. Elke maand kreeg 30 dagen. Zo duurde een maand ongeveer even lang als de tijd tussen 2 volle manen (die is 29,53059 dagen). Na de 12e maand deden ze er nog 5 dagen bij om hun jaar in overeenstemming te brengen met de 3 seizoenen en de stand van de zon.
Julius Caesar
De Egyptische kalender bevatte dus 365 dagen in een jaar, niet 365 en 1/4 dag. Hun kalender ging daardoor elk jaar 6 uur voorlopen op het “echte” zonnejaar. Het is wachten tot Julius Caesar, die in 46 voor onze tijdrekening aan de Griekse astronomen uit Alexandrië de opdracht gaf de kalender te verbeteren. Zo ontstond de Juliaanse kalender met 365 dagen en om de 4 jaar een schrikkeljaar.
Maar als je elke 4 jaar een extra dag toevoegt, heb je weer een klein beetje te veel. Al die kleine beetjes over heel veel jaren zorgen ervoor dat tegen het einde van de middeleeuwen de kalender flink ging achter lopen ten opzichte van de zon. Om dat te corrigeren liet paus Gregorius XIII in 1582 een correctie aanbrengen: op donderdag 4 oktober 1582 volgde vrijdag 15 oktober 1582. Hij liet meteen ook een extra correctie aanbrengen: geen schrikkeljaar meer in de jaren die deelbaar zijn door 100 maar weer wel als dat jaar deelbaar is door 400. Deze Gregoriaanse kalender, die wij nu nog altijd gebruiken, is dus in feite duizenden jaren geleden ontstaan uit de sterrenkundige waarnemingen in het Midden-Oosten.
Paus Gregorius XIII
De Griekse (en een beetje de Romeinse) filosofie & sterrenkunde
De Griekse (en een beetje de Romeinse) filosofie & sterrenkunde
Hieronder vind je een aantal personen die, lang geleden, een belangrijke bijdrage hebben geleverd tot de kennis van hun tijdgenoten. Hun ontdekkingen en denkwijzen, zelfs als die verkeerd waren, hebben daardoor nog lang na hun dood invloed gehad op wat mensen dachten.
De eerste filosofen
De eerste filosofen
De moderne sterrenkunde (en ook de rest van de wetenschappen) heeft zijn oorsprong in de Griekse filosofische traditie van meer dan 2000 jaar geleden. Daar beginnen we dus ons verhaal.
In Ionië (nu West-Turkije) vinden we rond 600 voor onze tijdrekening een groep denkers, waaronder de bekende Thales van Milete. Die proberen verschijnselen te verklaren via natuurwetten i.p.v. via de daden van goden. Voor het eerst in de menselijke geschiedenis was immers het idee ontstaan dat het universum logisch in elkaar zit. En dat wij, mensen, de natuurwetten kunnen ontdekken. Onderzoek en kritische evaluatie vonden deze filosofen heel belangrijk. De Griekse filosofen waren dus de eersten die de stap hebben gezet in de richting van een modern wetenschappelijk denken.
Rond 600 v.Chr.
De Grieken denken dat het universum logisch in elkaar steekt. Ze denken dat wij regelmatigheden (= relaties tussen oorzaak en gevolg) in de natuur kunnen ontdekken: de natuurwetten.
Thales van Milete (ca. 624 v.Chr. - 545 v.Chr.)
Thales van Milete (ca. 624 v.Chr. - 545 v.Chr.)
Thales is vooral bekend als meetkundige. Minder bekend is dat hij de eerste bekende voorspelling van een zonsverduistering deed. De cyclus van maansverduisteringen was toen al goed bekend, maar voor zonsverduisteringen was die moeilijker te bedenken. Dat komt omdat zo’n eclips van de zon veel zeldzamer is én dat je die niet overal op aarde ziet. Na de zonsverduistering op 28 mei in het jaar 585 voor onze tijdrekening, schreef de beroemde Griekse schrijver Herodotos het volgende:
“... de dag sloeg plotsklaps om in nacht. Deze gebeurtenis was voorspeld door Thales, de Miletiër, die de Ioniërs hiervoor vooraf waarschuwde door het jaar te noemen waarin deze zich zou voordoen. De Medeërs en de Lydiërs staakten de gevechten bij het aanschouwen van deze gebeurtenis en besloten angstig vrede te sluiten.“
Voor Thales was de aarde een platte schijf die op een oneindige oceaan dreef. Hij schreef een boek over navigatie waarin hij - zo wordt gezegd - het sterrenbeeld Kleine Beer (met daarin de Poolster) definieerde als een belangrijk hulpmiddel bij zijn navigatietechnieken.
SIMULATIE
Gebruik de Solar Eclipse Simulator van Ontario Science Centre om te bestuderen wat er gebeurt wanneer wij een zonsverduistering zien.
Pythagoras (ca. 582 v.Chr. – ca. 496 v.Chr)
Pythagoras (ca. 582 v.Chr. – ca. 496 v.Chr)
In de eeuwen die volgden waren de meeste geleerden en filosofen het volledig eens met wat Pythagoras beweerde: de natuur is een logisch geheel en ons “gezond verstand” laat ons inzien hoe alles in elkaar zit.
Als je van op het aardoppervlak naar de sterren en de planeten kijkt, zou je “logisch” het volgende kunnen afleiden:
de planeten, de zon en de maan bewegen in perfect cirkelvormige banen.
de snelheid van de planeten, de zon en de maan blijft altijd hetzelfde.
de aarde is het exacte midden van de beweging van de hemellichamen. Dat noemen we een geocentrisch wereldbeeld.
6e eeuw v.Chr.
De Grieken hanteren een geocentrisch wereldbeeld. De planeten bewegen volgens hen op cirkelbanen en hebben een onveranderlijke snelheid.
Plato (ca. 427 v.Chr. - 347 v.Chr.)
Plato (ca. 427 v.Chr. - 347 v.Chr.)
Pythagoras was er al mee begonnen maar onder invloed van Plato zette het idee zich door: de wiskunde is het ultieme middel om de wereld te begrijpen. Plato beweerde zelfs dat je de goden kan begrijpen als je de wiskunde bestudeert. Plato en veel van zijn tijdgenoten zijn er trouwens ondertussen van overtuigd dat de aarde een bol is die vrij in de ruimte zweeft!
Vertrouwen in de wiskunde en een harmonieuze orde zorgde ervoor dat de Grieken probeerden een verklaring te vinden voor de beweging van de planeten. En dat is niet zo gemakkelijk als het lijkt. Vooral de retrograde beweging van de planeten is hierbij het probleem. Dit vertrouwen in een ordelijk universum bracht hen er toe om nauwkeurige waarnemingen te doen en ze werden gedreven door hun vertrouwen in de kracht van de rede. Eigenlijk hebben moderne wetenschappers dit vertrouwen in een ordelijk universum en de kracht van de rede nog steeds.
Het universum volgens Plato.
Plato gaf zijn leerlingen een groot denkprobleem. Ze moesten een wiskundige verklaring zoeken voor de schijnbare beweging van de planeten en vooral voor die rare retrograde beweging. Uiteraard mochten ze niet afwijken van wat, volgens Pythagoras, het gezond verstand zegt. Welke oplossing ze ook bedachten, ze moesten dus uitgaan van een aarde die het onbeweeglijke centrum van het universum is. (En daardoor hebben ze dus nooit een goede oplossing gevonden.)
Neem een sterrenkaart en zet een stip waar je de planeet Mars aan de hemel hebt gezien. Doe dat de volgende week nog eens. En nog eens een week later. Blijf dit maanden na elkaar doen. Zo heb je de schijnbare beweging van Mars in kaart gebracht. Het grootste deel van het jaar zie je dat je stip naar links op je kaart beweegt. Maar gedurende enkele maanden beweegt Mars ook weer terug t.o.v. de sterren. Deze terugloop heet de retrograde beweging. Alle planeten vertonen dit gedrag.
SIMULATIE
Gebruik het heliocentrisch model (!) van de simulatie bij Simufisica en bestudeer waarom wij planeten lussen zien beschrijven t.o.v. de vaste achtergrond van sterren.
5e – 4e eeuw v.Chr.
De Grieken denken dat de wiskunde de taal van de goden is. Iedereen die zichzelf respecteert moet dus wiskunde studeren. Verder hebben ze veel vertrouwen in de kracht van de rede. Ze doen al nauwkeurige waarnemingen en proberen daaruit de natuurwetten af te leiden. Ze proberen het probleem van de retrograde beweging van de planeten op te lossen en weten al dat de aarde bolvormig is.
Aristoteles (384 v.Chr. – 322 v.Chr.)
Aristoteles (384 v.Chr. – 322 v.Chr.)
Aristoteles was een leerling van Plato. Later werd hij zo beroemd dat hij de leermeester van Alexander de Grote werd. Hij is waarschijnlijk de meest invloedrijke geleerde in de hele geschiedenis. Hij was actief in natuurkunde, biologie, filosofie, theologie, politiek en nog veel meer.
Aristoteles was één van de eersten om veel aandacht te besteden aan waarnemingen en experimenten om op basis daarvan de waarheid te achterhalen. Op basis van vier waarnemingen kwam hij zelf tot de conclusie dat de aarde bolvormig moet zijn:
omdat schepen geleidelijk uit het zicht verdwijnen aan de horizon en niet van de aarde vallen, is de aarde niet plat.
bij een maansverduistering beweegt de maan door de schaduw van de aarde. Die schaduw is cirkelvormig.
in het noorden en in het zuiden zie je een andere sterrenhemel.
olifanten kwamen in die tijd zowel in India (ten oosten van Griekenland) als in Marokko (ten westen van Griekenland) voor. Die plaatsten liggen dus in elkaars buurt op het oppervlak van een niet al te grote bol.
Van zijn medeleerling Eudoxus (400 v.Chr. - 347 v.Chr.) nam Aristoteles een geocentrisch wereldbeeld over waarin planeten zich bevinden op kristallen bollen. De sterren zitten dan op de voorlaatste bol en de “Eerste Beweger” op de laatste bol. Dit model kwam ook mooi overeen met de uitgangspunten van Pythagoras.
Deze tekening van Petrus Apianus uit 1524 is een Christelijke versie van het universum zoals Aristoteles het heeft bedacht. De God van de Christenen woont blijkbaar verder van de aarde dan de sterren en de planeten.
Verder is Aristoteles ook dé figuur als we het hebben over het oude geloof in vier elementen op onze planeet. Hij nam van Empedocles over dat alle materie oneindig deelbaar is en een mengeling is van vier elementen: aarde, water, vuur en lucht. De hemellichamen zouden dan bestaan uit een vijfde element: de quintessence. Hij dacht dat er een strikte scheiding bestaat tussen een perfecte hemel en een onzuivere Aarde. Dat is een van de kernpunten van de fysica van Aristoteles!
Aristoteles is ongetwijfeld de meest invloedrijke filosoof en “wetenschapper” uit de oudheid. Zijn ideeën beheersten het denken in Europa tot in de 17e eeuw. Dat kwam onder meer omdat zijn werk zo samenhangend en ongelofelijk uitgebreid is. Hij had een soort “theorie van alles” ontwikkeld die op ongeveer alle vragen een antwoord gaf. Aristoteles’ ideeën werden zowel door de Islamitische als door het Christelijke geleerden overgenomen. In de 13e eeuw slaagde Thomas van Aquino, de belangrijkste Middeleeuwse theoloog, erin om het denken van Aristoteles te verweven met het Christelijk geloof, wat het voor geleerden die het niet eens waren met de denkbeelden van Aristoteles heel moeilijk maakte om gehoord te worden.
4e eeuw v.Chr.
Aristoteles ontwikkelt een “theorie van alles”. In die theorie vind je o.a een onzuivere aarde die in het centrum staat van een universum dat voor de rest wél “perfect” is. De ideeën van Aristoteles beheersen 2000 jaar lang het westerse denken.
Aristarchus van Samos (310 v.Chr. – ca. 230 v.Chr.)
Aristarchus van Samos (310 v.Chr. – ca. 230 v.Chr.)
De begaafde sterrenkundige Aristarchus was het buitenbeentje van zijn tijd. Hij was de eerste die dacht dat niet de aarde maar wel de zon in het centrum van het universum staat. De aarde is volgens hem ook maar een gewone planeet. We noemen dit een heliocentrisch wereldbeeld (helios: Gr., zon).
De Grieken vonden dit heliocentrisch model maar niets. Het stond lijnrecht tegenover de ideeën van de geniale Aristoteles. Plutarchus (ca. 45 – ca. 120) schreef:
"[Cleanthes, een tijdgenoot van Aristarchus] dacht dat het de plicht van de Grieken was om Aristarchus van Samos te beschuldigen van goddeloosheid omdat hij de Haard van het Universum in beweging zet, ... veronderstelt dat de hemel in rust is en de aarde een omloop heeft op een scheve cirkel terwijl ze tegelijk omheen haar as draait."
Het systeem van Aristarchus wordt dus niet aanvaard. Het duurt tot in de 16e eeuw voor Copernicus het opnieuw oppikt.
Dit zijn een aantal waarnemingen waarom de Grieken dachten dat de aarde niet beweegt:
ze dachten dat aarde en hemel strikt waren gescheiden. Dat idee heeft het 2000 jaar uitgehouden tot Newton concludeerde dat overal dezelfde natuurwetten gelden.
hemellichamen zijn maar puntjes terwijl de aarde een gigantische, niet-lichtgevende bol is. Vandaag weten we dat de planeet Aarde een nietszeggend stofje is tegenover zelfs de kleinste ster.
ze dachten dat de hemel onveranderlijk en perfect is, op de beweging van van de planeten na. Heel wat anders dus dan die onzuivere aarde vol veranderingen. Moderne astronomische waarnemingen slaan dit idyllisch beeld van de hemel compleet aan diggelen.
onze zintuigen laten ons geen beweging van de aarde voelen. Er worden geen voorwerpen van de aarde geslingerd. Er waaien geen voortdurende sterke winden. Ook hiervoor komt pas 2000 jaar later een betere verklaring dan die van Aristoteles en zijn volgers.
alle objecten bewegen naar het centrum van de aarde. Ze MOET dus het middelpunt van het Universum zijn.
als de aarde beweegt, moeten we een verschuiving van de sterren zien (de zgn. parallax). Die verschuiving is er wel degelijk maar ze is heel klein want de sterren staan heel ver. De Grieken hadden geen telescopen en konden dus geen parallax waarnemen.
Parallax: de sterren verschuiven schijnbaar t.o.v. elkaar omdat de aarde beweegt.
3e eeuw v.Chr.
Aristarchus bedenkt een heliocentrische wereldbeeld om de retrograde beweging van de planeten te verklaren. De Grieken aanvaarden zijn ideeën niet en ze worden al snel vergeten.
Eratosthenes (276 - 195 v.Chr.)
Eratosthenes (276 - 195 v.Chr.)
Eratosthenes was een goede vriend van Archimedes (287-212 v.Chr.). Hij was een belangrijk wiskundige maar heeft ook bijdragen geleverd tot de kennis van de astronomie.
Eratosthenes heeft de helling van de aardas t.o.v. het baanvlak nauwkeurig bepaald op 23 graden 51' 15". Daarmee was de wisseling van de seizoenen verklaard. Hij maakte ook een stercatalogus met 675 sterren.
De meest opmerkelijke prestatie van Eratosthenes is een behoorlijk goede schatting van de omtrek van de aarde. Hij wist dat er in Syene (het huidige Aswan) een waterput was waarvan de bodem op het middaguur van de dag van het lentepunt (21 juni) verlicht werd door de zon. Hij wist ook dat Syene op dezelfde meridiaan lag als Alexandrië, waar hij bibliothecaris was in de grootste bibliotheek van zijn tijd. Hij gebruikte een gnomon (een soort meetstok) en mat op 21 juni in Alexandrië de hoek tussen de gnomon en de schaduw. Deze hoek kwam uit op 7,2 graden, een vijftigste deel van de hoekomtrek van de aarde (360 graden).
Uit de geometrie wist hij dat uit de kennis van deze hoek de omtrek van de aarde te berekenen was. Het enige dat hij nodig had was de afstand van Syene naar Alexandrië die hij dan met vijftig moest vermenigvuldigen. Die werd gemeten op 5000 stadiën. De exacte lengte van een stade is niet meer bekend maar verschilde wellicht niet al te veel van de Attische stade, die ongeveer 185 m was. Op die manier komt Eratosthenes aardig in de buurt van de waarde voor de aardomtrek zoals wij ze kennen.
Eratosthenes bepaalde de omtrek van de aarde.
Hipparchos (ca. 190 – ca. 120 v.Chr.)
Hipparchos (ca. 190 – ca. 120 v.Chr.)
Sommigen beschouwen Hipparchos als de grootste astronoom van de Griekse oudheid. Hij hield zich o.a. bezig met het bepalen van de afstand tot de maan en de zon.
3e en 2e eeuw v.Chr.
De Grieken doen veel waarnemingen. Ze breiden hun astronomische kennis sterk uit.
Hipparchos zal vooral bekend blijven omdat hij de eerste was om de precessie van de aarde te meten. De rotatieas van de aarde loopt door de noordpool en de zuidpool. Op dit moment wijst deze rotatieas ongeveer naar Polaris, de poolster. Uit Egyptische waarnemingen en die van hemzelf kon Hipparchos afleiden dat de aardas van richting verandert. De aarde maakt een precessiebeweging zoals een tol. Die beweging is regelmatig en heeft een periode van ongeveer 26000 jaar.
De precessie van de aarde.
Hipparchos maakte ook een stercatalogus met daarin 850 sterren. De helderheid van de sterren gaf hij aan met een 6-delige helderheidsschaal (magnitude 1 t/m 6). Die gebruiken we vandaag (in gewijzigde vorm) nog. Drie eeuwen later steunt Claudius Ptolemaeus veel op het werk van Hipparchos.
Claudius Ptolemaeus (85 – 165)
Claudius Ptolemaeus (85 – 165)
Claudius Ptolemaeus is de laatste van de grote Griekse filosofen / wiskundigen / astronomen die we hier gaan vermelden. Rond het jaar 150 publiceert hij het boek dat wij kennen onder de Arabische naam Almagest. Dit werk bevatte een compleet overzicht van de sterrenkunde van de Oudheid.
In de Almagest vinden we een beschrijving van het geocentrisch model én een uitstekende poging om de retrograde beweging te verklaren. Ptolemaeus levert hiervoor eigen rekenwerk af. Hij gebruikt de beste waarnemingen van zijn tijd en probeert om de theorie met de waarnemingen in overeenstemming te brengen.
Ptolemaeus gaat uit van:
excentrische banen. De cirkelvormige (!) banen die de planeten beschrijven hebben als middelpunt een denkbeeldig punt in de buurt van de aarde, dus niet noodzakelijk het centrum van de aarde.
epicykels. Sommige planeten draaien om een denkbeeldig punt dat om de aarde draait. Zo krijg je dus een cirkelbaan die over een grotere cirkelbaan beweegt.
equanten. Een planeet beweegt met een constante hoeksnelheid t.o.v. een extra punt, de equant. Op aarde zien we dan variabele snelheden.
SIMULATIE
Gebruik het geocentrisch model (!) van de simulatie bij Simufisica en bestudeer hoe epicykels de retrograde beweging zouden kunnen verklaren.
(Je kan ook de Ptolamaic Model Simulator gebruiken.)
Samen met de fysica van Aristoteles worden de berekeningen van Ptolemaeus tot bijna 1500 jaar later zo goed als “heilig” beschouwd, alhoewel er af en toe wel een bedenking bij werd gemaakt. Zo zou Alfonso X van Castilië en Leon ooit over de constructie van Ptolemaeus hebben gezegd: “Als God mij bij de schepping geconsulteerd had, zou ik Hem iets eenvoudigers hebben aangeraden.”
Vanaf de 2e eeuw
Iedereen gaat uit van het geocentrisch model van Aristoteles, gecombineerd met het rekenkundig model van Ptolemaeus.
In de Middeleeuwen
In de Middeleeuwen
Na de Romeinse periode volgden bijna 1000 jaar lang de zogenaamde duistere middeleeuwen. Mensen denken wel eens dat de middeleeuwers primitievelingen waren. Dat ze de kennis van de Grieken en de Romeinen vergaten en zelf niets ontdekten. Dat is niet helemaal waar.
In de middeleeuwen zien we wel een lange periode van achteruitgang en dan stilstand op wetenschappelijk en technisch vlak. De zoektocht naar kennis over de natuur ligt bijna stil. Mee onder invloed van Sint-Augustinus (354-430) keert Europa zich af van het goede en waardevolle uit de Griekse Oudheid:
“Een goede Christen moet uitkijken voor wiskundigen en allen die lege voorspellingen maken. Het gevaar bestaat dat de wiskundigen een verdrag met de Duivel hebben gesloten om de geest te verduisteren en de mens in de armen van de Hel te drijven.”
Kortom, de boodschap van Augustinus is: stop met het (wetenschappelijk) verzamelen van kennis want alles wat je moet weten staat in de Bijbel.
Bij de Arabieren
Bij de Arabieren
Dit is een stuk uit het boek Schaduwen van Al-Biruni, een Perzische geleerde. Hij schreef het rond 1021.
Met een Europa in de handen van oorlogszuchtige leiders en een geestesleven dat zich bijna alleen op God richt, worden de Arabieren de bewaarders van de Griekse erfenis. In de 7e en 8e eeuw zien we het ontstaan van een groot Arabisch rijk. Rond de jaren 800 stopt de politieke expansie van dit rijk en krijgen we 500 jaar lang een grote culturele en wetenschappelijk bloei.
De Arabieren hadden uitstekende wiskundigen, bestuderden de hemelverschijnselen en maakten nauwkeurige sterrenkaarten. Veel namen van sterren stammen uit het Arabisch. Heel wat Griekse werken werden vertaald, waaronder het werk van Ptolemaeus, wat de Arabische astronomie in hoogste versnelling bracht.
In de kloosters van Europa
In de kloosters van Europa
Pagina uit de notities die de monnik Magister Wolfgang de Styria maakte tijdens een sterrenkundeles, die ergens vóór het jaar 1490 op de Abdij van Melk in Oostenrijk werd gegeven.
Via de Arabieren bereikt de Griekse “wetenschap” opnieuw Europa. Dat zorgt in de 13e eeuw voor een lichte ontdooiing van de verstarde geesten. Het is in deze eeuw dat de eerste universiteiten ontstaan en dat Thomas van Aquino (1225-1274) een fusie tot stand brengt tussen geloofsleer (die in de Bijbel staat) en het wereldbeeld van Aristoteles.
Een andere bekende middeleeuwer is William van Occam (ca. 1285 – 1349). Zijn principe, het Scheermes van Occam, is nog steeds een prima leiddraad voor je gezond verstand.
HET SCHEERMES VAN OCCAM
Als je meerdere verklaringen hebt voor een gebeurtenis, kies dan die verklaring die gebaseerd is op waarnemingen en verworven kennis.
Maak zo weinig mogelijk gebruik van andere veronderstellingen waar je verder geen bewijs voor hebt.
Onder invloed van Occam beginnen sommige wetenschappers bij het begin van de Renaissance behoorlijk wat bedenkingen te hebben bij het geocentrische wereldbeeld van Ptolemaeus. Hoe nauwkeurig het werk van Ptolemaeus ook was, het bevatte een cruciale fout: de aarde is het centrum van het universum. Daardoor weken de berekende voorspellingen over de stand van de planeten eeuw na eeuw steeds meer af van wat werd waargenomen.
4e tot 15e eeuw
De Arabieren zijn de bewaarders van de Grieks-Romeinse wetenschappelijke erfenis. In Europa vindt een fusie plaats van godsdienst en “wetenschap”. Tegen het einde van de middeleeuwen is er ook in Europa terug belangstelling voor de Grieks-Romeinse kennis. Steeds meer geleerden beginnen te twijfelen aan het rekenwerk van Ptolemaeus.
De jaren 1500 - het begin van de moderne wetenschap
De jaren 1500 - het begin van de moderne wetenschap
2000 jaar lang heeft de Aristoteliaanse fysica zijn stempel op alle wetenschappen gedrukt. Bovendien was de machtsstructuur en de autoriteit van de kerk onlosmakelijk verbonden met het geocentrisch wereldbeeld. “Omhoog” betekende een tocht naar grotere perfectie en grotere controle. God en de hemel bestonden buiten de hemelse sfeer. Van buiten naar binnen betekende steeds meer weg van de perfectie en steeds dichter bij de centraal geplaatste aarde. God gaf macht aan de engelen om de planeten te laten bewegen en om allerhande aardse gebeurtenissen te beïnvloeden. Planten en dieren zijn er om de mens te dienen en mensen zijn er om God te dienen. Dit laatste uiteraard via de machtsstructuur van de Kerk van Rome.
Iedereen die hiervan iets in vraag stelde, liep het risico op vervolging. Dat was niet bevorderlijk voor wetenschappelijke vooruitgang. Een beroemd voorbeeld is Giordano Bruno (1548 - 1600). Hij was een aanhanger van het model van Copernicus (zie verder), bracht het idee naar voor dat onze zon een gewone ster is en verkondigde dat God ons allemaal gelijk had geschapen. Hij werd veroordeeld door de Inquisitie en verbrand.
Nicolaus Copernicus (1473 - 1543)
Nicolaus Copernicus (1473 - 1543)
Eén van de mensen die niet gelukkig waren met het geocentrische model, was Nicolaus Copernicus. Hij vond dat het model van de planeetbewegingen moest aansluiten bij de waarnemingen. Bovendien waren er een aantal astronomen geweest die, omwille van nieuwe waarnemingen, het geocentrische model van Ptolemaeus nog heel wat ingewikkelder hadden gemaakt dan het origineel door extra epicykels in te voeren.
Copernicus vond dat God toch wel een eleganter Universum moest hebben geschapen! Als je aanneemt dat de aarde rond de zon beweegt, dan heb je trouwens een prima verklaring gevonden voor de retrograde beweging van planeten. Bovendien hoort de zon, die Copernicus associeerde met God, thuis in het centrum.
In 1543, het jaar waarin hij sterft, wordt een vrijwel onleesbaar boek van Copernicus uitgegeven: "Over de omwentelingen van de hemellichamen" (De Revolutionibus Orbium Coelestium).
Dit boek werd door de kerk niet gunstig onthaald. De kerk ging er immers van uit dat God het heelal had geschapen met de aarde als middelpunt. En je laat de zoon van God toch niet geboren worden in een of ander uithoekje van het heelal?
Verder zijn er nog drie andere redenen waarom het heliocentrisch model nog een lange weg te gaan heeft voor het aanvaard wordt:
als we aannemen dat de aarde beweegt, dan moeten we de parallax van de sterren zien, tenzij de sterren héél ver weg staan. Zou God nu echt zoveel ruimte verspillen? Nee, toch!
het model van Copernicus sloot maar even goed (of even slecht) aan bij de waarnemingen als dat van Ptolemaeus. Dat komt omdat Copernicus nog steeds vasthield aan perfect cirkelvormige banen en constante snelheden. Na correctie bleek het bovendien even ingewikkeld te worden als de bestaande modellen.
2000 jaar Aristoteliaans denken veeg je niet zomaar van de kaart. Zeker niet als dat gesteund wordt door de machtigste organisatie van die tijd.
Bladzijde uit het boek van Copernicus met een illustratie van het heliocentrisch model met cirkelvormige planeetbanen.
16e eeuw
Het geocentrisch model van Ptolemaeus blijkt niet te voldoen om de beweging van de planeten te beschrijven. Copernicus stelt een heliocentrisch model voor.
Galileo Galilei (1564 -1642)
Galileo Galilei (1564 -1642)
Alhoewel Archimedes het hem 2000 jaar vroeger wel had voorgedaan, wordt Galileo Galilei soms beschouwd als de vader van de moderne wetenschap. Dat komt omdat zijn uitspraken vrijwel altijd gebaseerd waren op experimenten en niet op denkwerk alleen.
In de eerste helft van zijn leven was Galilei vooral bezig met fysica. En hij kwam tot vaststellingen die onverenigbaar waren met de fysica van Aristoteles. Hij legde de fundamenten van de bewegingsleer. Newton zou hiervan 70 jaar later dankbaar gebruik maken.
Daarna werd Galilei een zeer actief astronoom. In 1608 bouwt de Delftse brillenmaker Hans Lippershey (1570-1619) een telescoop en vraagt een patent aan op zijn uitvinding. Galilei hoort hiervan, koopt zo’n toestel en verbetert het in 1609. Hij kreeg het geweldige idee dit toestel op de hemel te richten en deed een aantal belangrijke vaststellingen:
de maan heeft bergen. Dat zie je duidelijk aan de schaduwen op de maan.
Saturnus heeft “uitstulpingen”. Dat zijn de ringen van Saturnus maar de telescoop van Galilei was niet goed genoeg om die duidelijk te zien.
niet alle hemellichamen draaien rond de aarde. Jupiter blijkt manen te hebben. Galilei ontdekt er daar 4 van.
Venus heeft schijngestalten, net als de maan.
de zon heeft zonnevlekken.
Jupiter en de 4 Galileïsche manen, zoals je die zou kunnen zien door een goede telescoop.
SIMULATIE
Installeer Stellarium op een computer of gebruik Stellarium online. Vind Jupiter aan de hemel, hou die planeet in het centrum van je beeld en zoom in tot je de 4 Galileïsche manen kan zien. Versnel de tijd en bekijk hoe die manen hun dansje bij de planeet uitvoeren.
Alles wees er dus op dat het wereldbeeld van de Grieken (en van de kerk) fout was. Maar Galilei heeft nooit rechtstreeks kunnen bewijzen dat de aarde zélf ook in beweging is. Het duurde tot de jaren 1830 dat de meetinstrumenten nauwkeurig genoeg waren om een parallax te meten van een “nabije” ster (61 Cygni). We weten wel dat Johannes Kepler, die ondertussen enkele wiskundige wetmatigheden over de beweging van de planeten ontdekte, in 1610 een brief schreef die Galilei steunde.
Als vurig aanhanger van het heliocentrisch stelsel van Copernicus, kwam Galilei in 1616 in conflict met de kerk. In 1624 kreeg hij van Paus Urbanus VIII, met wie hij al jaren vriendschapsbanden had, de toestemming om over het heliocentrisme te schrijven als een hypothese, niet als een feit.
Galilei was niet per definitie anti-kerk maar zijn botte stijl van communiceren viel vaak niet in goede aarde. Na zijn ontmoetingen met de Paus in 1624, schreef hij een boek, Dialogo, waarin hij de Paus belachelijk maakte door hem op te voeren als de dommerik, Simplicio. Het boek werd in 1630 gepubliceerd in het Italiaans (zodat ook niet-geleerden het konden lezen) en in 1633 werd Galilei wegens ketterij veroordeeld tot levenslang huisarrest. Hij werd gedwongen om het idee af te zweren dat de aarde omheen de zon beweegt. Toen hij van zijn proces naar huis keerde zou hij gemompeld hebben: “Eppur si muove.” ("En toch beweegt ze.")
Na zijn veroordeling schreef Galilei een boek over zijn vroeger onderzoek naar de mechanica: Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze. Het is zijn belangrijkste werk en Newton baseert er enkele decennia later zijn eigen werk op.
Tycho Brahe (1546-1601)
Tycho Brahe (1546-1601)
Eén van de belangrijkste sIeutels om het geschil tussen “geocentristen” en “heliocentristen” te beslechten komt van Tycho Brahe.
Deze Deense astronoom was waarschijnlijk een van de beste waarnemers ooit. Zijn waarnemingen, vanuit zijn eigen observatorium én met het blote oog (!), waren véél beter en nauwkeuriger dan alles wat daarvoor gedaan werd. Als 26-jarige observeert hij de bijzonder heldere supernova van 1572 en komt tot de vaststelling dat dit “nieuwe” hemellichaam niet beweegt t.o.v. de sterrenhemel en er dus wellicht een deel van is. De sterrenhemel, die volgens Aristoteles perfect en onveranderlijk is, is dus blijkbaar toch niet zo perfect! In 1577 meent hij vast te stellen dat een komeet die dan zichtbaar was, een baan zou hebben beschreven dóór de kristallen sferen van zon en planeten. Zouden die dan tóch niet bestaan?
Waar Tycho Brahe ook in uitblinkt: hij is zeer ordelijk. Zo bestudeert hij de beweging van de planeet Mars en schrijft telkens nauwgezet neer waar die planeet op dat moment aan de hemel te vinden is.
Wanneer Tycho in 1600 een betrekking krijgt aangeboden bij Keizer Rudolf II in Praag, inviteert hij de toen al beroemde Johannes Kepler om met hem samen te werken. Tycho was toen eveneens befaamd om zijn werk en Kepler aanvaardt. Beide mannen vormen een team tot Tycho in 1601 sterft.
De kortstondige samenwerking tussen excellent waarnemer en excellent rekenaar zal belangrijke vruchten afwerpen: het opstellen van de juiste wetten voor de planeetbeweging.
Door zijn waarnemingen gelooft Tycho Brahe niet meer dat het geocentrisch model van Ptolemaeus en Aristoteles juist is. Maar hij denkt nog wel dat de aarde een centrale positie in het universum inneemt. Zijn wereldbeeld zit ergens tussen het geocentrisme en het heliocentrisme in.
Johannes Kepler (1571-1630)
Johannes Kepler (1571-1630)
Johannes Kepler was een zeer goede wiskundige en een harde werker die ervan overtuigd was dat de wiskunde de taal is van God.
De reden dat hij door Tycho Brahe wordt gevraagd om samen te werken, is wellicht zijn boek uit 1596: Mysterium Cosmographicum. Hierin verdedigt hij het model van Copernicus en stelt hij (en dat is nieuw!) dat de planeten bewegen omwille van een kracht die door de zon zou worden uitgeoefend. Kepler heeft nooit ontdekt wélke kracht de zon uitoefent (hij dacht zelf aan magnetisme) maar hiermee geeft hij wél aan dat hij niet gelooft in een verschillende benadering van de hemelverschijnselen en de aardse verschijnselen.
Met behulp van de waarnemingen van Brahe, werkt Kepler vanaf 1600 aan een theorie van de planeetbewegingen. Hij vertrekt van een centrale zon, cirkelvormige planeetbanen en constante snelheden. Wanneer hij de theorie toepast op Mars, blijken de berekeningen niet overeen te komen met de waarnemingen. Aangezien hij rotsvast vertrouwt op de nauwkeurigheid van de waarnemingen van Brahe, besluit hij om opnieuw te beginnen.
Kepler kan uiteindelijk niet anders dan de cirkelbanen en constante snelheden overboord gooien. Na veel vergissingen en omwegen (die hij zélf beschrijft!) komt hij uiteindelijk tot twee wetten die hij in 1609 publiceert in zijn boek Astronomia Nova. Later volgen nog twee belangrijke werken, waarvan één nog een derde wet bevat. Deze 3 wetten van Kepler zijn later een onmisbaar vertrekpunt voor Newton.
Voorpagina van Astronomia Nova van Johannes Kepler. Merk op dat de waarnemingen van Tycho Brahe expliciet staan vermeld.
Isaac Newton (1642 - 1727)
Isaac Newton (1642 - 1727)
De aardse mechanica van Galilei en de hemelmechanica van Kepler vormen de basis waarop de geniale Isaac Newton een nieuwe fysica bouwt. Het is Newton die de (r)evolutie die de fysica sinds twee eeuwen aan het doormaken is, tot een goed einde brengt.
In navolging van Galilei, slaagt Newton er in om het gedrag te beschrijven van dingen die bewegen. Dit werk noemen we vandaag de 3 wetten van Newton. In navolging van Kepler slaagt hij er in om de beweging van planeten te beschrijven. Maar Newton ontdekt daarbij ook de oorzaak van die beweging: de zwaartekracht. Beide combineert hij tot één fysica die gebruik maakt van dezelfde wetten. Om dit te doen maakt hij gebruik van wiskundige technieken die hij zelf uitvindt en schept hij orde in de chaotische woordkeuze van zijn tijd.
In 1687 publiceert hij “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” met daarin de drie wetten van Newton en de gravitatietheorie. Hiermee is de scheiding tussen aardse verschijnselen en hemelse verschijnselen volledig opgeruimd. De wetten van de fysica zijn universeel. (En Aristoteles draaide zich om in zijn graf.)
Het werk van Newton werd tijdens zijn leven al erkend als baanbrekend. Naar aanleiding van de dood van Newton schreef de Engelse dichter Alexander Pope in 1730 dit vers:
Nature, and Nature's laws lay hid in night.
God said, Let Newton be! and all was light.
17e eeuw
Dankzij de waarnemingen van Brahe, kan Kepler een uitstekend rekenmodel ontwikkelen voor de beweging van de planeten. Ondertussen doet Galilei telescopische waarnemingen en doet daarmee ontdekkingen die het heliocentrisch model ondersteunen.
In de 2e helft van de 17e eeuw stelt Newton zijn beroemde wetten van Newton op en geeft ons een theorie van de zwaartekracht waarmee het mogelijk wordt om correcte baanberekeningen te doen over hemellichamen.
Na Newton
Na Newton
Het werk van Galilei, Kepler en uiteindelijk Newton maakt de weg vrij voor heel wat nieuwe ontdekkingen. Hier volgen enkele voorbeelden.
Op basis van de nog maar pas geformuleerde gravitatiewetten van zijn vriend Newton, veronderstelde Edmund Halley in 1701, dat de komeet die zichtbaar was in 1531, 1607 en 1682 telkens dezelfde was. Hij voorspelde dan ook dat ze zou terugkeren in 1758. In 1758 (Halley was ondertussen overleden) was er - zoals voorspeld - inderdaad een komeet zichtbaar. Later werd zij genoemd naar de man die deze ontdekking deed.
De planeet Uranus werd in 1781 eerder toevallig ontdekt door William Herschel terwijl die de hemel systematisch afspeurde door zijn telescoop. Wanneer men de berekende baan van Uranus vergeleek met latere waarnemingen, bleek er een en ander mis te zijn. Urbain Jean Joseph Le Verrier (een Franse wiskundige en sterrenkundige) en John Cough Adams (een Engelse astronoom) berekenden uit deze verschillen, onafhankelijk van elkaar, dat er nog een planeet na Uranus moest zijn. Neptunus werd in 1846 gevonden door de Berlijnse astronoom Johann Gottfried Galle.
Friedrich Wilhelm Bessel (Duits wis- en sterrenkundige, 1784-1846) bepaalde in 1838 als een van de eersten de afstand van een ster tot de zon. Uit de beweging van Sirius heeft hij ook berekend dat die ster een begeleider moest hebben. De begeleider werd in 1862 telescopisch gevonden.
Deze en veel meer opzienbarende ontdekkingen brachten uiteindelijk het bewijs dat de theorieën van Newton, Kepler en ten dele Copernicus inderdaad juist waren. Ze (de aarde) beweegt wel degelijk!
Vanaf de 18e eeuw
Dankzij de wetten van Newton hebben natuurkundigen en atronomen een solide basis om op verder te werken. Newton wordt gezien als een van de grootste genieën ooit.
Page updated
Report abuse