Геліяцэнтрычная сістэма свету — уяўленне аб тым, што Сонца з’яўляецца цэнтральным нябесным целам, вакол якога круціцца Зямля і іншыя планеты. Процілегласць геацэнтрычнай сістэме свету. Узнікла ў антычнасці, але атрымала шырокае распаўсюджанне у канцы эпохі Адраджэння.
У гэтай сістэме мяркуецца, што Зямля абарочваецца вакол Сонца за адзін зорны год і вакол сваёй восі за адны зорныя суткі. Вынікам другога руху з’яўляецца бачнае кручэнне нябеснай сферы, першага — перасоўванне Сонца сярод зорак па экліптыцы. Сонца лічыцца нерухомым адносна зорак.
Аб паняццях
Геліяцэнтрычная сістэма адліку — гэта проста сістэма адліку, дзе пачатак каардынат змешчаны ў Сонцы.
Геліяцэнтрычная сістэма свету — гэта ўяўленне аб структуры сусвету. У вузкім сэнсе гэтага слова, яно заключаецца ў тым, што Сусвет абмежаваны, Сонца размешчана ў яго цэнтры, а Зямля выконвае два тыпы рухаў: паступальны вакол Сонца і вярчальны вакол сваёй восі; зоры нерухомыя адносна Сонца. Тэрмін «геліяцэнтрычная сістэма свету» часта ўжываецца ў шырэйшым сэнсе, калі Сусвет лічыцца неабмежаваным і не мае цэнтра. Тады сэнс гэтага тэрміна заключаецца ў тым, што зоркі ў сярэднім нерухомыя адносна Сонца, гэта значыць Сонца хоць бы з кінематычнага пункту гледжання з’яўляецца адной з зорак. Геліяцэнтрычную сістэму свету можна разглядаць у любой сістэме адліку, у тым ліку геацэнтрычнай, дзе Зямля абіраецца ў якасці пачатку каардынат. У гэтай сістэме адліку Зямля нерухомая і Сонца круціцца вакол Зямлі, але сістэма свету ўсё роўна застаецца геліяцэнтрычнай, бо ўзаемная канфігурацыя Сонца і зорак застаецца нязменнай. Наадварот, нават калі разглядаць геацэнтрычную сістэму свету ў геліяцэнтрычнай сістэме адліку, яна па ранейшаму будзе геацэнтрычнай сістэмай свету, бо зоркі будуць здзяйсняць у ёй рух з перыядам у адзін год.
Планетныя канфігурацыі
Вонкавыя і ўнутраныя планеты
Планеты сонечнай сістэмы дзеляцца на два віды: унутраныя (Меркурый і Венера), якія назіраюцца толькі на адносна невялікіх вуглавых адлегласцях ад Сонца, і вонкавыя (усе астатнія), якія могуць назірацца на любых адлегласцях. У геліяцэнтрычнай сістэме гэта адрозненне звязана з тым, што арбіты Меркурыя і Венеры заўсёды знаходзяцца ўнутры арбіты Зямлі (трэцяй ад Сонца планеты), у той час як арбіты астатніх планет знаходзяцця па-за арбітай Зямлі.
Рэтраградныя рухі
Рэтраградныя рухі планет (асабліва тыя, што наглядна назіраюцца ў вонкавых планет), якія былі галоўнай загадкай астраноміі са старажытных часоў, у геліяцэнтрычнай сістэме тлумачацца тым, што вуглавыя хуткасці планет памяншаюцца з павелічэннем адлегласці ад Сонца. У выніку, калі планета назіраецца ў той жа частцы неба, што і Сонца, яна здзяйсняе бачны рух адносна зорак у тым жа (прамым) напрамку, што і Сонца: з захаду на ўсход. Аднак калі Зямля праходзіць паміж Сонцам і планетай, яна як бы апярэджвае планету, у выніку чаго апошняя рухаецца на фоне зорак у адваротным напрамку, з усходу на захад. Адсюль вынікае, што планеты здзяйсняюць адваротныя рухі паблізу процістаянняў, калі планеты знаходзяцца найбліжэй да Зямлі і, як вынік, дасягаюць найбольшай яркасці пры назіранні з Зямлі.
Суадносіны паміж сінадычным і сідэрычным перыядам абароту планет; вавілонскія перыяды
У геліяцэнтрычная сістэме ўсталёўваюцца наступныя суадносіны паміж сінадычным і сідэрычным перыядамі абаротаў вонкавых планет:
дзе — працягласць зямнога (зорнага) года. Адсюль вынікаюць суадносіны, эмпірычна атрыманыя астраномамі Старажытнага Вавілона (так званыя мэтавыя гадавыя перыяды): калі вонкавая планета здзяйсняе поўных абаротаў па экліптыцы (адносна зорак) за гадоў, то за гэты час праходзіць сінадычных перыядаў дадзенай планеты (, , — цэлыя лікі). Напрыклад, для Марса , , , для Юпітэра , , , для Сатурна , , .
З пункту гледжання геацэнтрычнай сістэмы, гэтыя суадносіны з’яўляцца таямніцай. Але яны аўтаматычна вынікаюць з вышэйпрыведзенай формулы, атрыманай у рамках геліяцэнтрызму, бо па вызначэнню ( — гэта такая цэлая колькасць зямных гадоў, за якую планета здзяйсняе цэлых абаротаў па экліптыцы) і велічыні , і адваротна прапарцыянальныя, адпаведна, велічыням , і .
Адлегласці да планет
У геліяцэнтрычнай сістэме з дапамогай простых геаметрычных разважанняў і нешматлікіх назіральных звестак лёгка вызначаецца сярэдняя адлегласць ад Сонца да планет (пры дапушчэнні кругавых канцэнтрычных арбіт), што немагчыма ў рамках геацэнтрызму. Для ўнутранай планеты дастаткова ведаць яе максімальную вуглавую адлегласць ад Сонца θ (найбольшую элангацыю). Разглядаючы трохвугольнік SPT (вугал SPT — прамы), відавочна, што
(гл. мал. справа), дзе — астранамічная адзінка (сярэдняя адлегласць ад Зямлі да Сонца). Для вонкавых планет трэба з назіранняў вызначыць сінадычны перыяд планеты і прамежак часу паміж процістаяннем планеты і момантам квадратуры (калі планета бачна з Зямлі пад прамым вуглом да Сонца). Далей трэба знайсці па формуле
перыяд абароту планеты вакол Сонца. Ведаючы гэтую велічыню, можна знайсці вуглы α і β, пройдзеныя планетай і Зямлёй па сваіх арбітах за час :
Далей, вылічваецца вугал , пад якім відаць Зямля і Сонца пры назіранні з планеты:
(вугал STP прамой, гл. малюнак справа). Шукаемая адлегласць раўняецца
Менавіта з дапамогай такіх меркаванняў Капернік упершыню вылічыў адносныя адлегласці планет ад Сонца.
Фазы Меркурыя і Венеры
Раз усе планеты свецяць адлюстраваным святлом Сонца, то ў іх павінна назірацца змена фаз. У Меркурыя і Венеры, якія абарачаюцца вакол Сонца ўнутры арбіты Зямлі, паслядоўнасць змены фаз павінна быць наступнаю: планета ў верхнім злучэнні бачна ў выглядзе амаль поўнага дыска; планета ў найбольшай элангацыі — у выглядзе паўкруга, звернутага выпукласцю да Сонца; планета паблізу ніжняга злучэння — у выглядзе вельмі вузкага сярпа; непасрэдна ў ніжнім злучэнні планета не павінна назірацца, бо да Зямлі звернута яе неасветленае паўшар’е. Менавіта такая паслядоўнасць змен фаз назіраецца ў рэчаіснасці, што ўпершыню ўстанавіў Галілей.
Эмпірычныя доказы руху Зямлі вакол Сонца
Усё вышэйапісанае адносіцца не толькі да геліяцэнтрычнай сістэмы, але і да камбінаванай сістэмы (накшталт сістэмы Ціха Брагэ), у якой усе планеты круцяцца вакол Сонца, якое, у сваю чаргу, рухаецца вакол Зямлі. Існуюць, аднак, доказы руху Зямлі вакол Сонца.
Гадавыя паралаксы зорак
Яшчэ ў старажытнасці было вядома, што паступальны рух Зямлі павінен прыводзіць да паралактычнага ссоўвання зорак. З-за аддаленасці зорак паралаксы ўпершыню былі знойдзены толькі ў XIX стагоддзі (амаль адначасова В. Я. Струвэ, Ф. Беселем і Т. Хендэрсанам), што з’явілася прамым (і доўгачаканым) доказам руху Зямлі вакол Сонца.
Паралакс тым меншы, чым далейшая ад нас зорка. Калі вылічаць вугал паралакса у секундах, а адлегласць у парсеках, то
Адваротныя рухі планет маюць месца па той жа самай прычыне, што і гадавыя паралаксы зорак, іх можна назваць гадавымі паралаксамі планет.
Аберацыя святла зорак
З-за вектарнага складання хуткасці святла і арбітальнай хуткасці Зямлі падчас назірання зорак тэлескоп даводзіцца нахіляць адносна лініі Зямля—зорка. Гэтую з’яву (аберацыя святла) адкрыў і правільна патлумачыў у 1728 г. Джэймс Брэдлі, які займаўся пошукам гадавых паралаксаў. Аберацыя святла аказалася першым назіральным пацвярджэннем руху Зямлі вакол Сонца і адначасова другім доказам абмежаванасці хуткасці святла (пасля тлумачэння нерэгулярнасці ў руху спадарожнікаў Юпітэра Рёмерам). У адрозненні ад паралакса, вугал аберацыі не залежыць ад адлегласці ад зоркі і цалкам вызначаецца арбітальнай хуткасцю Зямлі. Для ўсіх зорак ён роўны адной і той жа велічыні: 20,5".
Гадавая варыяцыі прамянёвых хуткасцей зорак
З-за арбітальнага руху Зямлі кожная зорка, размешчаная паблізу плоскасці экліптыкі, то набліжаецца, то аддаляецца ад Зямлі, што можна выявіць з дапамогай спектральных назіранняў (эфекту Доплера). Аналагічны эфект назіраецца для тэмпературы рэліктавага выпраменьванняKogut et al., 1993..
Доказы кручэння Зямлі вакол сваёй восі глядзі ў артыкуле Сутачнае кручэнне Зямлі.
Гісторыя геліяцэнтрычнай сістэмы
Геліяцэнтрызм у Старажытнай Грэцыі
Ідэя руху Зямлі ўзнікла ў межах піфагорскай школы. Піфагарэец Філалай з Кратона абнародаваў сістэму свету, у якой Зямля з’яўляецца адной з планет; але ж гаворка пакуль ішла пра яе кручэнне (за суткі) вакол містычнага Цэнтральнага Агню, а не Сонца. Арыстоцель адхіліў гэтую сістэму ў тым ліку таму, што яна прадказвала паралактычнае ссоўванне зорак.
Менш спекуляцыйнай была гіпотэза Геракліда Пантыйскага, згодна з якой Зямля здзяйсняе сутачнае кручэнне вакол сваёй восі. Акрамя таго, Гераклід магчыма выказаў здагадку, што Меркурый і Венера абарачаюцца вакол Сонца і толькі з ім — вакол Зямлі. Магчыма, такога погляду прытрымліваўся і Архімед, мяркуючы, што абарачаюцца вакол Сонца і Марс, арбіта якога ў гэтым выпадку павінна была ахопліваць Зямлю, а не пралягаць паміж ёю і Сонцам, як у выпадку Меркурыя і Венеры. Ёсць меркаванне, што ў Геракліда была тэорыя, згодна з якой Зямля, Сонца і планеты абарачаюцца вакол аднаго пункта — цэнтра планетнай сістэмы. Паводле паведамлення Тэафраста, Платон на схіле сваіх гадоў шкадаваў, што ён аддаў Зямлі цэнтральнае месца ў Сусвеце, якое ёй не падыходзіла.
Сапраўды геліяцэнтрычная сістэма была прапанавана ў пачатку III стагоддзя да н. э. Арыстархам Самоскім. Сціслая інфармацыя аб гіпотэзе Арыстарха дайшла да нас праз працы АрхімедаАрхимед, Псаммит, ПлутархаПлутарх, О лике, видимом на диске Луны (отрывок 6) і іншых аўтараў. Звычайна лічыцца, што Арыстарх прыйшоў да геліяцэнтрызму зыходзячы з высветленага ім факта, што Сонца па памерах нашмат большае за Зямлю (вылічэнню адносных памераў Зямлі, Месяца і Сонца прысвечана адзіная праца навукоўца, якая дайшла да нас). Было натуральна дапусціць, што меншае цела абарачаецца вакол большага, а не наадварот. Наколькі была распрацавана гіпотэза Арыстарха, невядома, але Арыстарх зрабіў важны вывад аб тым, што ў параўнанні з адлегласцямі да зорак зямная арбіта з’яўляецца кропкай, бо іначай павінны б былі назірацца гадавыя паралаксы зорак (услед за Арыстархам такую ацэнку адлегласцей да зорак прымаў і Архімед). Філосаф Клеанф прызваў прыцягнуць Арыстарха да суда за тое, што ён зрушвае з месца Зямлю («Ачаг свету»).
Геліяцэнтрызм дазволіў развязаць асноўныя праблемы, якія стаялі перад старажытнагрэчаскай астраноміяй, бо панаваўшыя ў пачатку III стагоддзя да н. э. геацэнтрычныя погляды відавочна былі ў крызісным стане. Найбольш распаўсюджаны ў той час варыянт геацэнтрызму, тэорыя гомацэнтрычных сфер Еўдокса, Каліпа і Арыстоцеля, не змагла патлумачыць змены бачнага бляску планет і бачнага памеру Месяца, што грэкі правільна звязвалі са зменай адлегласці да гэтых нябесных цел. Геліяцэнтрычная сістэма лёгка тлумачыла рэтраградныя рухі планет. Яна дазваляла таксама вызначыць парадак руху нябесных цел. Грэкі пастулявалі залежнасць паміж блізкасцю нябеснага цела да «сферы нерухомых зорак» і сідэрычным перыядам яго руху: так, самым далёкім ад нас лічыўся найбольш павольна рушачы Сатурн, далей (у парадку набліжэння да Зямлі) ішлі Юпітэр і Марс; Месяц аказваўся найбольш блізкім да Зямлі нябесным целам. Цяжкасці гэтай схемы былі звязаны з Сонцам, Меркурыем і Венерай, бо ўсе гэтыя целы мелі аднолькавыя сідэрычныя перыяды (у тым сэнсе, які ўжываўся ў антычнай астраноміі), роўныя аднаму году. Гэта цяжкасць лёгка здымалася ў геліяцэнтрычнай сістэме, дзе адзін год аказваўся роўным перыяду абароту Зямлі; пры гэтым перыяды руху (зараз — абарачэння вакол Сонца) Меркурыя і Венеры ішлі ў тым жа парадку, што і іх адлегласці да новага цэнтра свету.