Planetsystemet sett i ett historiskt perspektiv

Synen på universum har varierat mycket under historien, från en mer religiös/andlig syn till en mer vetenskaplig och faktabaserad syn. Till exempel så har Venus haft en stor betydelse för många gamla kulturer. Mayakulturen skapade en religiös kalender baserad på dess rörelse och använde sedan denna kalender för att bestämma lämpliga tidpunkter för att engagera sig i krig. Och Jupiter representerade guden Marduk för Babylonierna. Babylonierna använde även Jupiter som en slags referensobjekt när de skapade sina konstellationer för Zodiaken. Även kometer har haft en stor betydelse i folktron och religionen. Kometen har oftast tolkats som ett omen, ett tecken på att någon katastrof kommer att inträffa. För att nämna några exempel på himlakroppar som haft en stor betydelse historiskt sett. Men även idag har himlakropparna en religiös/andlig betydelse för många. Astrologi och horoskop är fortfarande relativt populära trots att vi lever i ett upplyst samhälle.

Hur solen, jorden, månen, planeterna och stjärnorna har varit positionerade i förhållande till varandra har varierat över tiden. Man pratar om olika världsbilder, där två vanligt förekommande är den heliocentriska världsbilden och den geocentriska världsbilden. I den geocentriska är jorden placerad i universum mitt och i den heliocentriska är solen i universum mitt. Den geocentriska världsbilden var den som härskade under stora delar av antiken, så som till exempel i det antika Kina och Grekland. Aristoteles och Ptolemaios är två av den geocentriska världsbildens förespråkare. Den geocentriska världsbilden

Aristarchos

Den grekiska astronomen Aristarchos anses vara den första som beskrev den heliocentriska världsbilden, ca år 300 f. Kr Hans tankar hade dock svårt att konkurrera med geocentriska världsbilden, kanske till stor del för att hans heliocentriska världsbild revolterade mot Platons och Aristoteles. Den tidens samhälle var alltför konservativt för att ta till sig Aristarchos världsbild. Och många på den tiden förkastade den heliocentriska världsbilden på grund av att då borde man se att stjärnorna rör sig. Men han kontrade med att stjärnorna låg mycket mycket längre bort än vad de andra astronomerna trodde på den tiden. Så pass långt bort att man endast kunde se deras rörelser med teleskop. Det dröjde ända till Nicolaus Kopernikus (år 1473 – 1543) innan den heliocentriska världsbilden kom upp på banan igen. Kopernikus genomförde att stort matematiskt arbete för att visa på den heliocentriska världsbildens riktighet. Hans modell innehöll en hel del ny geometri, dock ingen ny fysik. Kepler och Galileo utvecklade sedan den Heliocentriska modellen. Kepler insåg att planeternas rörelser är elliptiska, och skapade de berömda tre keplerska lagarna. Galileo, som hade tillgång till teleskop, bekräftade Kopernikus och Kepler.

Nu vet vi att ingen av dessa världsbilder stämmer, men det dröjde faktiskt ända fram till William Herschell (år 1738 – 1822) innan dagens syn på universums uppbyggnad tog form. Herschell studerade vintergatan och hans slutsatser ledde honom till att vårat solsystem bara var ett i mängden. Det fanns enligt honom alltså många solar/stjärnor i universum. Det hade tidigare funnits filosofer som hade förespråkat ett oändligt världsallt, men Herschell var den första som på ett mer vetenskapligt och fysikaliskt sätt hade kommit fram till att vårat solsystem inte var universums allt. Herschells kunde dock inte med konkreta observationer bekräfta sin modell utan det dröjde ytterligare ca 100 år innan Edwin Hubble m.fl. lyckades med detta. Hubble visade att solen var en av många i vår galax, och att det dessutom fanns ett enormt antal galaxer.

Så hur var det då med dessa så kallade vandrare? Jo, vandrare kallade de gamla grekerna planeterna. (Vårat ord planet kommer från det grekiska begreppet för vandrare.) Med den geocentriska världsbilden så var det en utmaning att förklara planeternas rörelser. För planeterna ser vid vissa tillfällen ut att ändra riktning och ”vandra” åt andra hållet, så kallad retrograd rörelse. Hur ska man kunna förklara detta om alla planeter roterar runt en centralt placerad jord? Jo man skapade mer eller mindre avancerade geometriska modeller. Den kanske mest kända är den förklaringsmodell som Ptolemaios tog fram. Han använde sig av begreppen ”deferent”, ”epicycle” och ”equant”, se bild 3. I Ptolemaios modell var jorden inte exakt i mitten utan rörde sig runt en form av jämviktspunkt, en jämviktspunkt som låg mittemellan jorden och den så kallade equanten. Varje planet rörde sig i små cirklar, så kallade epicykler. Och epicykelns mittpunkt roterade sedan runt världsbildens mitt (X på bild 3) längs en så kallad deferent. Med denna modell förklarade man alltså planeternas tidvis retrograda rörelser. Olika astronomer tog fram olika varianter av detta koncept, varianter med olika antal cirklar som resulterade olika grad av komplexitet. Modellen med epicycles levde kvar länge, även till exempel Kopernikus använde sig av konceptet även om han blev tvungen att anpassa det till hans heliocentriska världsbild. Det var först med Kepler och sedan Newton som astronomerna började ifrågasätta användandet av epicykler för att förklara planeternas rörelse. Att skapa en modell med epicykler var svårt att förena med Keplers tre lagar. Och dödsstöten för epicyklerna kom i och med Newton. Enligt Newtons fysik så krävdes det någon form av kraft för att åstadkomma himlakropparnas rörelser. Och en sådan kraft fanns inte i de modeller med epicykler som Ptolemaios, Kopernikus med flera tagit fram.

Bild 3: Skiss som illustrerar Ptolemaios geocentriska modell.

Det första optiska teleskopet konstruerade omkring år 1608 av holländaren Hans Lippershey. (Se mer om detta i mitt svar till fråga 6.) Teleskopet förbättrades kort därefter av Galileo Galilei och han var sedan den första som använde sig av detta nya verktyg för att göra astronomiska observationer. Och hans observationer var många och banbrytande. Han observerade till exempel månen, och såg att den inte var ett helt sfäriskt klot så som Aristoteles trodde, utan att den var full av ojämnheter så som kratrar.
Han studerade även Venus och såg att denna hade faser på samma sätt som vår måne. Detta var ett bevis för att den heliocentriska modellen var den rätta. I Ptolemaios heliocentriska modell var det omöjligt för en planet att ha en hel uppsättning av faser. I Ptolemaios modell kunde ingen planets bana korsa det sfäriska skal som solen befann sig i.
Det var även Galileo som upptäckte Jupiters fyra största månar, Io, Europa, Ganyamede och Callisto. Och efter att ha studerat dessa ett tag, och gjort noggranna anteckningar av deras läge i förhållande till Jupiter, så kom han fram till att de måste gå i en bana runt Jupiter. Detta var revolutionerande då det helt gick emot Aristoteles geocentriska modell där alla himlakroppar måste cirkulera runt jorden.
Han gjorde även observationer av solfläckarna och vintergatan. Och var den första att se Neptunus, även om han då inte förstod att det var planet. Han gjorde även beräkningar som visade att avståndet till stjärnorna var avsevärt mycket större än vad man tidigare trott. (Även om man nu vet att avståndet är mycket längre än så.) Och även Saturnus studerade han. Han såg Saturnus ringar i sitt teleskop men kunde aldrig fastslå exakt vad det var han såg, han spekulerade kring om det kunde vara månar. Dessutom införde han acceleration som kraft. Så det råder inget tvivel om att Galileo Galilei var en pionjär när det gäller att använda teleskopet som instrument inom astronomin. Och han gjorde ett stort antal stora upptäckter som kom att revolutionera synen på universum!

Det optiska teleskopet kom sedan att successivt förbättras av kommande astronomer. Kepler var en av dem som vidareutvecklade Galileos teleskop och som sedan kom att använda teleskopet i sin forskning. Christian Huygens är en annan. Med teleskopets hjälp upptäckte han Saturnus måne Titan. Och han studerade även mönstren på Mars yta. Och William Herschel var den första som studerade Uranus genom ett teleskop (år 1871), och han kom också att tillskrivas upptäckten av densamma. Neptunus upptäcktes år 1846 av Johann Gottfried Galle. Och Pluto (som ju numera klassificeras som en dvärgplanet) upptäcktes av Clyde Tombaugh år 1930. Och det optiska teleskopet fyller en viktig funktion även i våra dagar, ett lysande exempel på detta är rymdteleskopet Hubble! Ett teleskop som för övrigt är döpt efter astronomen Edwin Hubble (år 1889 - 1953). Hubble var en flitig användare av optiska teleskop i sitt arbete med att undersöka avstånden till galaxer. Dessa avståndsmätningar använde han sedan för att beräkna hur fort universum expanderar.