Конспект урока: История развития представлений о Вселенной. Солнечная система. Строение и эволюция Вселенной

История развития представлений об устройстве мира

Ещё в древности люди искали объяснение смене времён года, смене дня и ночи, движению звёзд и планет на небосводе.
 

Известно, что уже в третьем тысячелетии до нашей эры шумерские астрономы судили о начале нового года по дню весеннего равноденствия, изучали солнечные и лунные затмения и разрабатывали первые календари.
 

В Древней Греции установили, что звёзды движутся вместе с небосводом и лишь кажутся неподвижными. Греческие астрономы смогли описать траекторию движения семи небесных тел. Траектории Солнца и Луны представляют собой окружности. Траектории Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна имеют сложные формы в виде петель и зигзагов. Из-за сложной траектории движения эти небесные тела были названы планетами (от греч. — «блуждающая звезда»).

Изначально считалось, что в центре Вселенной находится Земля, вокруг которой по круговым орбитам вращаются планеты и звёзды. Такое представление о мире называется геоцентризмом.

Рис. 1. Система мира по представлению Аристотеля

Древним астрономам не были известны массы небесных тел и расстояния между ними и Землёй, но учёные фиксировали промежутки времени, через которые небесные тела проходят одну и ту же точку на сфере. Таким образом были рассчитаны периоды обращения небесных тел вокруг Земли. По этим данным были сделаны выводы, что Меркурий находится ближе всего к Земле, так как он движется быстрее других планет. После Меркурия на орбите большего радиуса вращается Венера, так как её скорость движения по небесному своду меньше и т. д. (рис. 1).

Полученные знания впервые были систематизированы и изложены Аристотелем (384–322 до н. э.) в труде под названием «О небе». Аристотель считал, что весь мир, Вселенная представляет собой шар — совершенную форму. В центре шара находится неподвижная, тяжёлая Земля.

Рис. 2. Изменение положения Марса на небе в течение года

Вокруг Земли вращаются сферы, в которых расположены известные на тот момент планеты и Солнце, центры сфер совпадают с центром Земли. Сложное движение планет Аристотель объяснял существованием дополнительных сфер между сферами планет, которые вращаются под разными углами с различными скоростями.

Система устройства мира, представленная Аристотелем, не позволяла выявить законы, по которым движутся планеты. Траектория их движения представляет собой петлю (рис. 2), что означает периодическое изменение направления движения планет на противоположное.

Спустя четыре века после появления труда Аристотеля другой греческий учёный Клавдий Птолемей предложил систему эпициклов (дополнительных кругов) для объяснения петлеобразного движения планет.

Рис. 3. Система эпициклов, предложенная Птолемеем

Птолемей считал, что сложное движение планет есть результат сложения двух круговых движений: на исходной круговой траектории движения планеты (деференте) расположен центр ещё одной маленькой окружности (эпицикла). Планета, по предположению учёного, находится на маленькой окружности (рис. 3). 

Таким образом, планета вращается по маленькой окружности, центр которой вращается по деференту, в результате наблюдатель на Земле увидит траекторию в форме петли.

Теория геоцентризма просуществовала вплоть до XVI века, пока польским учёным Николаем Коперником (1473–1543) впервые не была предложена гелиоцентрическая система устройства мира. В 1543 г. Коперник опубликовал труд под названием «О круговращениях небесных тел», в котором утверждал, что в центре Вселенной находится Солнце, вокруг которого вращаются другие небесные тела (рис. 4). Учёный считал, что видимое движение планет вокруг Земли обусловлено вращением Земли вокруг своей оси. Сама Земля, как и другие планеты, движется вокруг Солнца, вокруг Земли вращается только Луна.

Рис. 4. Геоцентрическая система мира Коперника

 

Теория Коперника объясняла практически все известные на тот момент факты о движении небесных тел и послужила толчком к развитию новых взглядов на устройство мира.
 

Ученик Коперника, итальянский философ Джордано Бруно (1548–1600) впервые высказал предположение о бесконечности Вселенной. Гипотеза Бруно шла вразрез с католической доктриной о сотворении мира, результатом послужило сожжение учёного в 1600 г. по приговору католической инквизиции.

В 1609 г. Галилео Галилеем был изобретён первый телескоп. Данное изобретение позволило обнаружить спутники Юпитера, фазы Венеры и многие другие открытия, доказывающие, что Земля не является неподвижным центром Вселенной.

В начале XVII века пражский астрономом Кеплер опубликовал три закона движения планет. Труды учёного впоследствии послужили основой для открытия закона всемирного тяготения Ньютоном.
 

Развитие теоретических знаний в области астрономии и открытие закона всемирного тяготения позволили предсказать существование планеты Нептун только на основании теоретических расчётов. В 1781 г. польский учёный Уильям Гершель наблюдал в телескоп неизвестную ранее планету — Уран. 

Наблюдения за Ураном привели астрономов к выводу, что его движение обусловлено не только гравитационным взаимодействием с Солнцем, но и взаимодействием с неизвестной планетой. Расчёты позволили учёным определить её местоположение, после чего Нептун был обнаружен с помощью телескопа в предполагаемом на основании расчётов месте.

Итоги

• Геоцентрическая система мира — это представление об устройстве мира, согласно которому в центре Вселенной расположена неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды.
• Гелиоцентрическая система мира предполагает, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращаются Земля и другие планеты.