Tidak berlebihan untuk mengatakan bahwa para astronom ini secara mendasar mengubah cara kita berpikir tentang tempat kita di alam semesta. Kita bisa mendapatkan wawasan tentang bagaimana pergeseran besar ini terjadi dengan melihat catatan mereka yang sebenarnya.
Sketsa bulan Galileo, menunjukkan fase-fase. Gambar melalui Wikimedia.
Michael J. I. Brown, Universitas Monash
Tidaklah berlebihan untuk mengatakan bahwa revolusi Copernicus secara mendasar mengubah cara kita berpikir tentang tempat kita di alam semesta. Pada jaman dahulu orang percaya bahwa Bumi adalah pusat tata surya dan alam semesta, sedangkan sekarang kita tahu kita berada di salah satu dari banyak planet yang mengorbit matahari.
Tetapi perubahan pandangan ini tidak terjadi dalam semalam. Sebaliknya, butuh hampir satu abad teori baru dan pengamatan yang cermat, sering menggunakan matematika sederhana dan instrumen dasar, untuk mengungkapkan posisi kita yang sebenarnya di surga.
Kita bisa mendapatkan wawasan tentang bagaimana pergeseran besar ini terjadi dengan melihat catatan aktual yang ditinggalkan oleh para astronom yang berkontribusi padanya. Catatan-catatan ini memberi kita petunjuk tentang kerja, wawasan, dan kejeniusan yang mendorong revolusi Copernicus.
Berkeliaran bintang
Bayangkan Anda adalah seorang astronom dari zaman kuno, menjelajahi langit malam tanpa bantuan teleskop. Awalnya planet-planet tidak benar-benar membedakan diri dari bintang-bintang. Mereka sedikit lebih terang dari kebanyakan bintang dan kurang bersinar, tetapi sebaliknya terlihat seperti bintang.
Di jaman dahulu, apa yang benar-benar membedakan planet dari bintang adalah gerakan mereka melalui langit. Dari malam ke malam, planet-planet secara bertahap bergerak sehubungan dengan bintang-bintang. Memang "planet" berasal dari bahasa Yunani kuno untuk "bintang yang mengembara."
Gerakan Mars selama beberapa minggu.
Dan gerakan planet tidak sederhana. Planet-planet tampak melaju dan melambat saat mereka melintasi langit. Planet-planet bahkan untuk sementara membalikkan arah, memperlihatkan “gerakan retrograde.” Bagaimana ini bisa dijelaskan?
Episode Ptolemy
Halaman salinan Arab Ptolemy Almagest, menggambarkan model Ptolemeus untuk sebuah planet yang bergerak di sekitar Bumi. Gambar melalui Perpustakaan Nasional Qatar.
Para astronom Yunani kuno menghasilkan model geosentris (berpusat pada Bumi) dari tata surya, yang mencapai puncaknya dengan karya Ptolemy. Model ini, dari salinan Arab Ptolemy Almagest, diilustrasikan di atas.
Ptolemy menjelaskan gerakan planet menggunakan superposisi dari dua gerakan melingkar, sebuah lingkaran "kecil" yang dikombinasikan dengan lingkaran "episel" yang lebih kecil.
Selain itu, setiap planet yang berbeda dapat diimbangi dari posisi Bumi dan gerakan mantap (bersudut) di sekitar yang berbeda itu dapat didefinisikan menggunakan posisi yang dikenal sebagai equant, daripada posisi Bumi atau pusat dari yang berbeda. Mengerti?
Agak rumit. Tetapi, untuk penghargaannya, model Ptolemy meramalkan posisi planet di langit malam dengan akurasi beberapa derajat (kadang-kadang lebih baik). Dan dengan demikian menjadi sarana utama untuk menjelaskan gerakan planet selama lebih dari satu milenium.
Pergeseran Copernicus
Revolusi Copernicus menempatkan matahari di pusat tata surya kita. Gambar melalui Library of Congress.
Pada 1543, tahun kematiannya, Nicolaus Copernicus memulai revolusi eponimnya dengan penerbitan De revolutionibus orbium coelestium (Tentang Revolusi Ruang Surgawi). Model Copernicus untuk tata surya bersifat heliosentris, dengan planet-planet yang mengelilingi matahari dan bukannya Bumi.
Mungkin bagian paling elegan dari model Copernicus adalah penjelasan alaminya tentang perubahan gerak planet yang tampak. Gerakan mundur planet-planet seperti Mars hanyalah ilusi, yang disebabkan oleh Bumi "menyalip" Mars karena keduanya mengorbit matahari.
Bagasi Ptolemaic
Model Copernicus asli memiliki kemiripan dengan model Ptolemaic, termasuk gerakan melingkar dan epiklus. Gambar melalui Library of Congress.
Sayangnya, model asli Copernican dimuat dengan bagasi Ptolemaic. Planet-planet Copernicus masih melakukan perjalanan mengelilingi tata surya menggunakan gerakan yang digambarkan oleh superposisi gerakan melingkar. Copernicus membuang equant, yang ia benci, tetapi menggantinya dengan epicyclet yang secara matematis setara.
Astronom-sejarawan Owen Gingerich dan rekan-rekannya menghitung koordinat planet menggunakan model Ptolemeus dan Copernicus pada zaman itu, dan menemukan bahwa keduanya memiliki kesalahan yang sebanding. Dalam beberapa kasus posisi Mars salah 2 derajat atau lebih (jauh lebih besar dari diameter bulan). Selain itu, model Copernicus asli tidak lebih sederhana dari model Ptolemaic sebelumnya.
Karena para astronom abad ke-16 tidak memiliki akses ke teleskop, fisika Newton, dan statistik, tidak jelas bagi mereka bahwa model Copernicus lebih unggul daripada model Ptolemaic, meskipun itu dengan tepat menempatkan matahari di pusat tata surya.
Datanglah Galileo
Pengamatan teleskopik Galileo terhadap planet-planet, termasuk fase-fase Venus, menunjukkan bahwa planet melakukan perjalanan mengelilingi matahari. Gambar melalui NASA.
Dari 1609, Galileo Galilei menggunakan teleskop yang baru ditemukan untuk mengamati matahari, bulan dan planet. Dia melihat gunung dan kawah bulan, dan untuk pertama kalinya mengungkapkan bahwa planet-planet itu adalah dunia dengan hak mereka sendiri. Galileo juga memberikan bukti pengamatan kuat bahwa planet mengorbit matahari.
Pengamatan Galileo terhadap Venus sangat menarik. Dalam model Ptolemeus, Venus tetap berada di antara Bumi dan matahari setiap saat, jadi kita sebagian besar harus melihat sisi malam Venus. Tetapi Galileo mampu mengamati sisi terang Venus, yang mengindikasikan bahwa Venus bisa berada di sisi berlawanan dari matahari dari Bumi.
Perang Kepler dengan Mars
Johannes Kepler melakukan pelacakan posisi Mars dengan menggunakan pengamatan Mars ketika kembali ke posisi yang sama di orbitnya. Gambar melalui Universitas Sydney.
Gerakan melingkar dari model Ptolemeus dan Copernicus menghasilkan kesalahan besar, terutama untuk Mars, yang posisinya diperkirakan bisa mengalami kesalahan beberapa derajat. Johannes Kepler mengabdikan hidupnya selama bertahun-tahun untuk memahami gerakan Mars, dan dia memecahkan masalah ini dengan senjata yang paling cerdik.
Planet-planet (kurang-lebih) mengulangi lintasan yang sama saat mereka mengorbit matahari, sehingga mereka kembali ke posisi yang sama di ruang angkasa setiap kali periode orbit. Sebagai contoh, Mars kembali ke posisi yang sama di orbitnya setiap 687 hari.
Ketika Kepler mengetahui tanggal ketika sebuah planet berada pada posisi yang sama di luar angkasa, ia dapat menggunakan posisi Bumi yang berbeda di sepanjang orbitnya sendiri untuk melakukan pelacakan posisi planet-planet, seperti digambarkan di atas. Kepler, menggunakan pengamatan pra-teleskopis astronom Tycho Brahe, mampu melacak jejak elips planet-planet ketika mereka mengorbit matahari.
Ini memungkinkan Kepler untuk merumuskan tiga hukum gerakan planetnya dan memprediksi posisi planet dengan ketepatan yang jauh lebih besar dari sebelumnya. Dia dengan demikian meletakkan dasar bagi fisika Newton pada akhir abad ke-17, dan sains luar biasa yang mengikutinya.
Kepler sendiri menangkap pandangan dunia baru dan signifikansi yang lebih luas di tahun 1609 Astronomia nova (Astronomi Baru):
Bagi saya, bagaimanapun kebenarannya masih lebih saleh, dan (dengan segala hormat kepada Dokter Gereja) saya membuktikan secara filosofis tidak hanya bahwa bumi itu bulat, tidak hanya bahwa ia dihuni sepanjang jalan di antipodes, tidak hanya itu yang nampak kecil, tetapi juga dibawa di antara bintang-bintang.
Michael J. I. Brown, profesor Asosiasi, Universitas Monash
Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation. Baca artikel aslinya.
Intinya: Wawasan ke dalam revolusi Copernicus dan visi Galileo dari catatan dan gambar para astronom.