گالیله چگونه با رصد مشتری و زهره به این نتیجه رسید که زمین به دور خورشید می‌چرخد؟

خلاصه مقاله:

• گالیله با استفاده از تلسکوپ خود توانست مشاهداتی انجام دهد که مدل قدیمی زمین‌مرکزی را به چالش کشید. وی هنگام رصد مشتری چهار قمر را کشف کرد و دریافت همه اجرام آسمانی به دور زمین نمی‌چرخند.
• گالیله همچنین مشاهده کرد که سیاره زهره مانند ماه، تمام فازها از هلال تا قرص کامل را طی می‌کند. مشاهدات گالیله نشان می‌داد زهره به دور خورشید حرکت می‌کند و با مدل بطلمیوسی سازگار نیست.
• با وجود شواهد، کلیسای کاتولیک نظریه خورشیدمرکزی را خطرناک و کفرآمیز می‌دانست و با گالیله برخورد کرد. هرچند گالیله در زمان خود نتوانست همه شواهد لازم را ارائه کند، کشفیات او نقش مهمی در شکل‌گیری علم نوین و درک امروزی ما از منظومه شمسی داشتند.

ماجرای گالیله معمولاً به‌عنوان داستان دانشمندی روایت می‌شود که حقیقت را کشف کرده بود و به‌دلیل بیان آن، از سوی کلیسای کاتولیک تحت فشار قرار گرفت. اما واقعیت تاریخی کمی پیچیده‌تر از این روایت ساده است. گالیله بدون تردید نقش مهمی در فروپاشی مدل قدیمی جهان داشت؛ اما شواهد علمی در زمان او هنوز کامل نبودند و چند قرن طول کشید تا دانشمندان بتوانند با قطعیت نشان دهند زمین واقعاً به دور خورشید می‌چرخد.

تا پیش از دوران گالیله، انسان‌ها پیشرفت‌های مهمی در شناخت جهان به دست آورده بودند. دانشمندان و فیلسوفان باستانی مدت‌ها پیش متوجه شده بودند که زمین کروی است. حتی اندازه تقریبی آن نیز با روش‌هایی ساده اما هوشمندانه محاسبه شده بود؛ برای مثال، مقایسه زاویه سایه خورشید در دو نقطه مختلف زمین به دانشمندان امکان داد محیط زمین را با دقت قابل توجهی اندازه بگیرند. این موضوع برای انسان‌های آن دوران شگفت‌انگیز بود، زیرا باید می‌پذیرفتند مردمانی در سوی دیگر زمین زندگی می‌کنند که از دید آن‌ها «وارونه» به‌نظر می‌رسند.

با وجود این پیشرفت‌ها، مدل بشر از منظومه شمسی هنوز مشکلات فراوانی داشت. در زمان گالیله، دیدگاه ارسطویی همچنان مدل غالب جهان محسوب می‌شد و در آموزه‌های کلیسای کاتولیک نیز جایگاه مهمی داشت. براساس این دیدگاه، زمین در مرکز جهان قرار داشت، زیرا تصور می‌شد سنگین‌ترین عنصر میان عناصر چهارگانه طبیعت یعنی خاک، آب، هوا و آتش است. در این مدل، خورشید، ماه، سیارات و ستارگان روی کره‌هایی شفاف و عظیم قرار داشتند که به دور زمین می‌چرخیدند.

فیلسوفان آن دوران باور داشتند اجرام آسمانی از ماده‌ای کامل و تغییرناپذیر به نام «اثیر» ساخته شده‌اند؛ عنصری که تصور می‌شد در زمین وجود ندارد. از نگاه کلیسا نیز این مدل جذاب بود، زیرا آسمان‌ها را جهانی کامل و بی‌نقص نشان می‌داد که همه چیز در آن در دایره‌هایی منظم و کامل به دور زمین، یعنی جایگاه انسان حرکت می‌کند.

اما مدل مذکور مشکلاتی داشت. اجرام آسمانی آن‌گونه که تصور می‌شد کامل و بدون نقص نبودند. همچنین حرکت آن‌ها در آسمان با پیش‌بینی‌های ساده مدل زمین‌مرکزی همخوانی نداشت. یکی از مهم‌ترین این مشکلات «حرکت بازگشتی» سیارات بود؛ پدیده‌ای که طی آن برخی سیارات از دید ناظر زمینی برای مدتی ظاهراً مسیر خود را در آسمان برعکس می‌کنند.

امروزه این تصویر از جهان عجیب به‌نظر می‌رسد، زیرا اکنون می‌دانیم خورشید در مرکز منظومه شمسی قرار دارد. اما در آن زمان، مدل بطلمیوسی از هر مدل دیگری دقیق‌تر بود و به همین دلیل، مورد پذیرش عمومی قرار داشت.

اوایل قرن شانزدهم، نیکلاس کوپرنیک، کشیش و ستاره‌شناس لهستانی، مدل متفاوتی پیشنهاد کرد. او گفت زمین فقط یکی از سیارات است و همراه دیگر سیارات به دور خورشید می‌چرخد. این نظریه که «خورشیدمرکزی» نامیده می‌شود، توانست حرکت بازگشتی سیارات را بسیار ساده‌تر توضیح دهد. طبق این مدل، حرکت بازگشتی تنها یک خطای دید ناشی از حرکت زمین و دیگر سیارات در مدارهای مختلف بود.

مدل کوپرنیک نیز کامل نبود. در آن زمان هنوز قوانین حرکت سیارات کشف نشده بود و دانشمندان نمی‌دانستند مدار سیارات بیضی‌شکل است، نه دایره کامل. به همین دلیل، کوپرنیک هم ناچار شد برای دقیق‌تر کردن محاسباتش از همان افلاک تدویر استفاده کند. در نتیجه پیش‌بینی‌های او تفاوت چشمگیری با مدل بطلمیوسی نداشت.

در چنین شرایطی، گالیله وارد صحنه شد. اختراع تلسکوپ امکان مشاهده دقیق‌تر آسمان را فراهم کرده بود و گالیله با ساخت نسخه‌ای پیشرفته‌تر از این ابزار، توانست جزئیاتی را ببیند که پیش‌تر دیده نشده بود.

یکی از نخستین کشفیات گالیله مربوط به ماه بود. تا آن زمان بسیاری تصور می‌کردند سطح ماه کاملاً صاف است، اما گالیله با تلسکوپ خود کوه‌ها و دهانه‌های ماه را مشاهده کرد. او همچنین لکه‌هایی را روی خورشید دید که امروزه آن‌ها را لکه‌های خورشیدی می‌نامیم. این کشف نشان می‌داد حتی خورشید نیز جسمی کامل و تغییرناپذیر نیست.

اما مهم‌ترین مشاهدات گالیله مربوط به سیاره‌های مشتری و زهره بود. هفتم ژانویه ۱۶۱۰، گالیله تلسکوپ خود را به سوی مشتری گرفت. او چند نقطه نورانی کوچک در نزدیکی این سیاره دید و ابتدا تصور کرد ستاره هستند. اما طی روزهای بعد متوجه شد این نقاط همراه مشتری حرکت می‌کنند. کمی بعد دریافت این اجرام در واقع قمرهایی هستند که به دور مشتری می‌چرخند. امروزه این چهار قمر را «اقمار گالیله‌ای» می‌نامیم: آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو.

اهمیت کشف اقمار مشتری بسیار زیاد بود؛ زیرا برای نخستین بار نشان می‌داد همه چیز در جهان به دور زمین نمی‌چرخد. اگر قمرهایی می‌توانستند به دور مشتری گردش کنند، پس این تصور قدیمی که زمین مرکز همه حرکات آسمانی است زیر سؤال می‌رفت. بااین‌حال، ضربه اصلی به مدل زمین‌مرکزی از مشاهده سیاره زهره وارد شد.

گالیله هنگام رصد زهره متوجه شد این سیاره مانند ماه، فازهای مختلفی را طی می‌کند؛ گاهی به شکل هلال باریک دیده می‌شود و گاهی تقریباً به‌صورت قرص کامل.

اما گالیله تمام فازهای زهره را مشاهده کرد. این دقیقاً همان چیزی بود که مدل خورشیدمرکزی کوپرنیک پیش‌بینی می‌کرد؛ یعنی زهره به دور خورشید می‌چرخد و گاهی در سمت دیگر خورشید نسبت به زمین قرار می‌گیرد. با وجود این شواهد، کلیسای کاتولیک نظریه خورشیدمرکزی را نپذیرفت. کلیسا اعلام کرد این نظریه با آموزه‌های دینی سازگار نیست و حتی آن را «کفرآمیز» توصیف کرد.

در این میان، تیکو براهه، ستاره‌شناس دانمارکی که به نبوغ علمی و شخصیت عجیبش شهرت داشت، مدلی میانی پیشنهاد کرد. در مدل او، زمین همچنان ثابت و در مرکز منظومه شمسی قرار داشت، اما سیارات دیگر به دور خورشید می‌چرخیدند.

مخالفت با نظریه خورشیدمرکزی فقط به مسائل دینی محدود نمی‌شد. در آن زمان هنوز پرسش‌های علمی مهمی بی‌پاسخ مانده بود. برای مثال، اگر زمین با سرعت بسیار زیاد در حال حرکت است، چرا انسان‌ها این حرکت را احساس نمی‌کنند؟ چرا اگر جسمی را رها کنیم، مستقیم به پایین می‌افتد و به سمت عقب منحرف نمی‌شود؟

گالیله تلاش کرد با آزمایش‌هایی به این پرسش پاسخ دهد. او توضیح داد اجسام همراه با زمین حرکت می‌کنند و به همین دلیل ما حرکت زمین را احساس نمی‌کنیم. این ایده بعدها به مفهوم اینرسی یا لَختی در فیزیک تبدیل شد که بعدها توسط آیزاک نیوتن کامل‌تر توضیح داده شد.

با‌این‌حال، هنوز شواهد مستقیمی از حرکت زمین وجود نداشت. اگر زمین واقعاً به دور خورشید می‌چرخد، موقعیت ستارگان نزدیک باید در طول سال اندکی تغییر کند؛ پدیده‌ای که «اختلاف منظر ستاره‌ای» نام دارد. اما ابزارهای آن دوران آن‌قدر دقیق نبودند که این تغییر بسیار کوچک را ثبت کنند.

سرانجام در سال ۱۸۳۸، فریدریش بسل، ستاره‌شناس آلمانی توانست برای نخستین بار اختلاف منظر یک ستاره را اندازه‌گیری کند و شواهد مستقیمی از حرکت زمین به دست آورد.

خود گالیله نیز در برخی موضوعات اشتباه می‌کرد. او تصور می‌کرد جزر و مد دریاها به‌دلیل حرکت زمین ایجاد می‌شود، درحالی‌که امروزه می‌دانیم عامل اصلی جزر و مد، نیروی گرانشی ماه است.

گالیله در کتاب خود شخصیت مدافع مدل زمین‌مرکزی را «سیمپلیسیو» نامید که در زبان ایتالیایی معنایی نزدیک به «ساده‌لوح» یا «احمق» دارد. بسیاری تصور کردند این شخصیت اشاره‌ای غیرمستقیم به پاپ است و این کار برای گالیله دردسر بزرگی ایجاد کرد. در نهایت، او در دادگاه کلیسا محاکمه و مجبور شد به‌طور رسمی از نظریه خورشیدمرکزی اعلام برائت کند و تا پایان عمر در حبس خانگی باقی ماند.

بااین‌حال، تاریخ نشان داد بخش اصلی ایده‌های او درست بود. مشاهدات گالیله نقطه عطف بزرگی در تاریخ علم محسوب می‌شوند و راه را برای درک مدرن بشر از جایگاه زمین در جهان هموار کردند.