Heliocentrische theorie

De heliocentrische theorie of heliocentrisme gaat er van uit dat de zon het middelpunt van het universum is, waar alles om heen draait, of het middelpunt van het zonnestelsel, waar de planeten omheen draaien.

Oude Griekse filosofen, zoals Pythagoras en zijn volgeling Philolaos van Croton, kwamen reeds op het idee dat de aarde niet het middelpunt was. Vaak bevatten hun theorieën echter wel eigenaardigheden, zoals het bestaan van een 'tegenaarde' en de 'haard van het heelal'. Aristarchus (320-250 voor Chr) was voor zover bekend de eerste die een heliocentrisch wereldbeeld schetste. Hij had gesteund op de theorie van Heracleides (387-312 v. Chr.).

Het heliocentrisme is in het Westen op wetenschappelijke basis gevestigd door het werk van Nicolaus Copernicus en Galileo Galilei. Copernicus' boek, Over de omwenteling van de hemelse sferen (De Revolutionibus Orbium Coelestium) werd in 1543 gepubliceerd toen hij op het sterfbed lag. Aanvankelijk veroorzaakte het geen grote opschudding, vooral dankzij de kerk, die de passages over het heliocentrisme verbood. Het heliocentristische wereldbeeld is pas echt populair geworden door Galilei en Johannes Kepler, die enkele harde wetenschappelijke bewijzen aandroegen.

De voornaamste argumenten voor het heliocentrisme waren:

1. De noodzaak van epicycli, die het wereldbeeld van Ptolemaeus zeer gecompliceerd maakten.
2. Het optreden van parallax.
3. Het feit dat Jupiter manen had, en dus niet alles om de aarde draaide
4. De fasen van Venus, en de wisselende grootte van Venus.
5. Beschrijvingen van planeetbanen door Galileo en Kepler aan de hand van waarnemingen.

Deze argumenten, en vooral de eerste vier, weerspraken wel het geocentrische wereldbeeld van Ptolemaeus, maar niet dat van Tycho Brahe. Zie Copernicus versus Tycho Brahe hieronder.

De Rooms-Katholieke Kerk was een groot tegenstander van het heliocentrisme. Dit had verschillende redenen:

1. De Bijbel stelt in verschillende verzen expliciet dat de aarde het midden is van het universum, omringd door de hemel, met in het midden van de aarde de 'bodemloze put', de hel
2. Als een van twee voorwerpen om de ander heen draait, en er verder geen punt is waaraan je het stilstaan van een van beide voorwerpen zou kunnen relateren, moet het voorwerp dat het laatst gekomen is in een baan om het eerste voorwerp gaan. De aarde is volgens Genesis 1 als eerste gemaakt, de zon moet er dus om heen draaien.
3. Filosofisch-theologische argumenten.
4. De Griekse wetenschap: de in die tijd hoogst geachte wetenschappers, zoals Ptolemeus, hadden een geocentrisch wereldbeeld.

[bewerk] Wetenschappelijke onderbouwing

Dat Copernicus met een nieuw wereldbeeld kwam wil nog niet zeggen dat het algemeen aanvaard werd. De kerk had grote bezwaren en er was nog geen empirische onderbouwing van de door hem gelanceerde theorie.

Tycho Brahe, die een geocentrisch wereldbeeld aanhing, trachtte de theorie van Copernicus te falsifiëren door waarnemingen te doen. Op basis van zijn gegevens, die zonder telescoop werden gedaan, kwam hij tot een nieuwe theorie: de maan en de zon draaiden in concentrische cirkels rond de aarde. De planeten op hun beurt draaiden om de zon. Dit wereldbeeld kan als overgang gezien worden van het geocentrisme naar het heliocentrisme. Zijn assistent en opvolger Kepler gebruikte later Tycho Brahe's observaties van Mars als basis voor de formulering van zijn beroemde wetten.

De uiteindelijke overwinning van het heliocentrisme werd behaald door de waarnemingen die Galilei in 1609 deed met de net uitgevonden telescoop en door de wetten van Kepler, die binnen een heliocentrisch wereldbeeld de planeetbanen op veel eenvoudiger manieren beschreven dan tot dan toe mogelijk was geweest. Galilei werd overigens in 1616 voor zijn opvattingen door de Inquisitie tot levenslang veroordeeld en Paus Johannes Paulus II heeft in 1992, 350 jaar na de dood van Galilei, officieel verklaard dat Galilei onschuldig was.

Tegenwoordig zijn mensen die denken dat de aarde in het centrum van het universum staat zeldzaam, en het zijn nooit wetenschappers. Een van de grootste filosofen van de moderne tijd, Friedrich Nietzsche (1844-1900), was echter fel gekant tegen de Copernicaanse theorie: hij vond dat zij indruiste tegen de zintuiglijke waarneming. Zie hierover ook geocentrisme.

In de 16^e eeuw werd door Giordano Bruno het idee naar voren gebracht dat de zon een ster was, net zoals de vele andere. Om die sterren zouden weer planeten draaien, zoals om onze zon. Hij beschreef deze gedacht in zijn boek De l'Infinito, Universo e Mondi.

Later is ook het heliocentrisme als wetenschappelijke theorie weer verworpen. Een belangrijke rol speelde hierin het werk van William Herschel uit 1802. Hij ontdekte dat de zon bewoog ten opzichte van sterren. Gedurende 20 jaar had hij 90.000 sterren bestudeerd, en hij kwam tot de conclusie dat de Melkweg een platte schijf van sterren was, en dat de zon niet meer dan één van die sterren was.

Nog later bleek ook het melkwegstelsel slechts één van de vele sterrenstelsels te zijn, en volgens de huidige ideeën is er geen deel van het heelal dat meer bijzonder zou zijn dan de andere zodat het als het 'middelpunt' zou kunnen gelden.

[bewerk] Copernicus versus Tycho Brahe

Men zou zich kunnen afvragen waarom de zeventiende-eeuwse geleerden, zoals Johannes Kepler en Galileo Galilei, de voorkeur gaven aan het heliocentrische model van Nicolaus Copernicus in plaats van het geocentrische model van Tycho Brahe.

Het model van Tycho Brahe is niet zo erg bekend. Dit model moet niet verward worden met het (eveneens geocentrische) model van Claudius Ptolemaeus. Tycho Brahe stelt dat de aarde in het midden staat, dat de maan en de zon om de aarde draaien, en de overige planeten om de zon.

Het is niet moeilijk in te zien dat de onderlinge bewegingen van de hemellichamen precies kloppen met het model van Tycho Brahe. Het bezwaar van de epicykels bestaat niet, de door Galilei ontdekte fasen van Venus kloppen precies, evenals het feit dat Venus en Mercurius altijd in de buurt van de zon staan. En het feit dat Jupiter manen heeft, hoeft ook geen bezwaar te zijn.

Maar Kepler en Galilei hielden vast aan het heliocentrische model. Kepler kreeg daardoor een conflict met Tycho Brahe, en de kerkelijke autoriteiten maakten Galilei het leven zuur. Toch hielden deze mensen voet bij stuk.

Tegenwoordig weten we dat de massa van de zon veel groter is dan die van de rest van het zonnestelsel, en dat op grond daarvan de zon wel in het midden moet staan. Bovendien zien we in de loop van het jaar dat de sterren een parallactische beweging uitvoeren, en het is wel erg onwaarschijnlijk dat de zon in haar jaarlijkse beweging om de aarde alle sterren meesleept. Maar in de zeventiende eeuw wist men dat allemaal nog niet.

Een meer technisch argument voor het heliocentrisme is te vinden in de Wetten van Kepler. Deze wet geeft een relatie tussen de omlooptijd P van een hemellichaam en de lengte van de halve lange as a. Deze is: P²/a³ = constant. Alleen de maan voldoet niet aan deze wetmatigheid.

Galilei ontdekte de manen van Jupiter. Hij stelde vast dat deze manen zich onderling wel houden aan de derde wet, maar met een andere constante dan de planeten. Kennelijk is de derde wet van Kepler wel geldig, maar heeft de constante niet altijd dezelfde waarde. Maar dan is de aardse maan niet zo dissident meer: voor de aardse maan geldt wéér een andere constante.

Waardoor wordt nu die constante bepaald? Laten we eens kijken naar de drie verschillende constanten:

Een constante van 9,83^.10^-19 s²/m³ voor het stelsel

• Aarde-maan

Een constante van 2,95^.10^-19 s²/m³ voor de stelsels

• Aarde-zon
• Zon-Mercurius
• Zon-Venus
• Zon-Mars
• Zon-Jupiter
• Zon-Saturnus

Een constante van 1,7^.10^-13 s²/m³ voor de stelsels

• Jupiter-Io
• Jupiter-Europa
• Jupiter-Ganymedes
• Jupiter-Callisto

Wat kunnen we hieruit concluderen? Bekijken we de drie rijtjes, dan blijkt dat alle waarden van ieder rijtje een hemellichaam gemeenschappelijk hebben. In het tweede rijtje is dat de zon, en in het derde is het Jupiter. Kennelijk is er in ieder stelsel één hemellichaam dat dicteert hoe groot de constante is. In het geval van Jupiter is het bovendien duidelijk zichtbaar dat Jupiter groter is dan de vier manen, en dat Jupiter in het midden staat (dat wil zeggen dat Jupiter een gelijkmatiger beweging maakt tussen de sterren dan de vier manen). In het tweede rijtje dicteert de zon hoe groot de constante is, en wellicht kan daaruit geconcludeerd worden dat de zon verreweg het grootst is, en bovendien dat de zon in het midden staat.