Galileo Galilei
Osobností zásadního významu pro potvrzení Koperníkova heliocentrického systému, zejména po stránce observační, byl italský fyzik a astronom Galileo Galilei (1564 - 1642).
Již roku 1597 psal Keplerovi: ,,Mnoho let zpět jsem se obrátil k myšlenkám Koperníka a za pomocí jeho teorie se mně podařilo plně objasnit mnohé jevy, které nemohly být obecně objasněny prostřednictvím předchozí geocentrické teorie.``
V lednu 1610 objevil u Jupitera ,,medicejské hvězdy`` - měsíce, které byly roku 1614 nazvány Io, Europa, Ganymédes a Kallisto. Ukázka záznamů z těchto pozorování je na obr. V následujícím období se pokusil vyjádřit zákonitosti pohybu měsíců Jupitera, jenž měly sloužit k určování zeměpisné délky na moři. Myšlenku Galileo dále propracovával, její praktické využití se však neuskutečnilo.
Galileovy záznamy pozorování měsíců Jupitera
|
Výsledky prvních astronomických pozorování Galileo
shrnul v díle Sidereus Nuncius česky
Hvězdný posel, které vyšlo v březnu 1610.
V knížce považuje pohyb Země za prokázaný,
k čemuž uvádí: ,,S pomocí vědeckých
důvodů a argumentů přejatých z pozorování
přírody jsem se 100krát přesvědčil, že Země
se pohybuje jako planeta...``
V tomtéž roce pozoroval ,,krajní`` planetu Saturn trojitou, skládající se zdánlivě jakoby ze tří objektů, z vlastní planety a předpokládaných dvou měsíců. Žádný hlubší závěr však z pozorování neučinil, což bylo vzhledem k nevhodnému natočení roviny prstence Saturna pochopitelné. Existence samotného prstence byla potvrzena až roku 1659 holandský fyzikem a astronomem Christianem Huygensem (1629 - 1695) prostřednictvím dalekohledu zvětšujícím 92krát. Vraťme se však k pozorováním Galilea. Koncem roku 1610 objevil fáze Venuše. Jejich studiem, rozborem velikosti Venuše jakož i změnou její jasnosti související se změnou vzdálenosti Země - Venuše podle heliocentrického modelu potvrdil Koperníkův názor na uspořádání planet ve sluneční soustavě. | |
Od léta 1610 začal sledovat sluneční skvrny. Studoval změny tvaru skvrn, jejich vznik, vývoj a zánik. Skvrny se pohybovaly nerovnoměrnou rychlostí přes sluneční disk, což Galilea vedlo k závěru, že souvisí s povrchem Slunce, které rotuje kolem své osy. Podle jejich přemísťování od východního okraje k západnímu určil dobu synodické rotace Slunce.
Astronomické poznatky z dopisů byly shrnuty v práci z roku 1613 Historia e dimostrazioni intorno alle Macchie Solari česky Historie a demonstrace slunečních skvrn. Galileo prokázal, že skvrny se nacházejí v blízkosti jeho povrchu. Vyvrátil tak hypotézu německého jezuity Christophera Scheinera (1575 - 1650), že skvrny jsou kosmická tělesa nacházející se mezi Zemí a Sluncem.
Galileo ke slunečním skvrnám uvádí: ,,Neustálá pozorování...mne přesvědčila, že takové sluneční skvrny na povrchu tělesa slunečního jsou spojitě rozloženy a že tedy se neustále mnoho vytváří a pak se rozpojují některé v kratším, některé v delším čase. Přesvědčila mně, že se otáčejí ve stejné době jako Slunce...``
Nezávisle na Galileovi pozorovali sluneční skvrny i další. Již v prosinci 1610 je pozoroval anglický matematik a astronom Thomas Harriot (1560 - 1621). Jako první je popsal v březnu 1611 holandský astronom Johann Fabricius (1587 - 1615).
Pozorování dalekohledem umožnila Galileimu rozložit některé oblasti Mléčné dráhy na jednotlivé hvězdy. Odtud učinil závěr, že je tvořena velkým počtem hvězd. V otevřené hvězdokupě v Plejádách pozoroval 36 hvězd.
Výklad začíná objasněním základních pojmů z mechaniky, popisem nejjednodušších pohybů těles v pozemských podmínkách, tj. volným pádem, pohybem po nakloněné rovině atd. Dále následuje porovnání argumentů zastánců geocentrické a heliocentrické soustavy, včetně doložení důvodů pro přijetí platnosti posledně jmenované.
Tématem prvního dne je podobnost pozemského a kosmického světa, zkoumání, zda se pozemské jevy liší od kosmických, jak předpokládala aristotelovská fyzika. Odpůrci Koperníka tvrdili, že dokonalý kruhový pohyb může být vlastní pouze kosmickým tělesům. Diskuse se soustředila na otázku, zda kosmická tělesa jsou naprosto neměnná a dokonalé hladká, jak tvrdí Simplicio. Salviati proměnnost hvězdné sféry doložil astronomickými pozorovacími důkazy - sledováním komet z druhé poloviny 16. století a nových hvězd, v dnešní terminologii supernov, z let 1572 a 1604.
Následně se Galileo věnoval Měsíci. Astronomové starověku se snažili studovat jeho pohyb, vlastnostmi se nezabývali. Ty právě naopak zajímaly Galilea, který je odhaloval při pozorováních. Nepochyboval o kulatosti jeho tvaru, objasňoval na základě odrazivosti paprsků, že Měsíc není dutá polokoule obrácená dutinou k Zemi. Přitom sledoval odraz slunečních paprsků na rovinném a sférickém zrcadle.
Z pozorování usoudil, že povrch Měsíce je podobný povrchu Země - soustava hor, údolí a moří. Konstatuje: ,,Proto Měsíc, který má nerovný povrch a není hladký, odráží sluneční světlo na všechny strany a pozorujícím se ukazuje jako všude stejně osvětlený. Kdyby jeho kulatý povrch byl dokonale vyhlazený, zůstal by vůbec neviditelný...`` Srovnání povrchu Měsíce a Země vedlo Galilea k závěru, že ,,měsíční kraje nejsou mrtvé a pusté, přece netvrdím, že by v nich byl pohyb a život, a ještě méně jsem ochotný připustit, že tam rostou rostliny, zvířata a jiné věci podobné našim.``
Na námitku Simplicia, jak bude prokazovat, že Měsíc nezáří vlastním světlem, Salviati odpovídá: ,,Když budete důkladně pozorovat, zjistíte smysly, že stejně tak Měsíc v době, kdy má tvar tenkého srpku, osvětluje Zemi slabě a jak se na něm zvětšuje část osvětlená Sluncem, zvětšuje taktéž zář, která se dostává odrazem. Stejně tak Měsíc, když má tvar tenkého srpku...má velkou část zemské polokoule osvětlenou - ukazuje se ve velkém světle. Když se však vzdaluje od Slunce a blíží se čtvrti, jeho světlo (popelavé světlo) slábne a za kvadraturou je už velmi slabé, protože stále ztrácí osvětlenou část Země, a přece by to měl být opak, kdyby to bylo jeho vlastní světlo.``
Galileo plně pochopil, že Měsíc je k Zemi obrácen stále stejnou stranou. Proto jeho doba oběhu je shodná s periodou vlastní rotace.
Především je posuzována problematika rotace Země. Galileo uvádí: ,,Když už jsme ve včerejších rozpravách vytáhli Zemi z temnot a umístili ji na otevřené nebe, musíme nyní sledovat a zkoumat, zda je pravděpodobnější považovat ji za stálou a vůbec nepohyblivou,...,nebo je víc pravděpodobnosti v tom, že se Země pohybuje jakýmsi pohybem - a když, tak jakým.``
Následuje kritika Aristotelových názorů. Salviati poukazuje na to, jak by bylo absurdní předpokládat, že kolem Země se spořádaně otáčí celý vesmír. Naopak rotací Země se podle Galilea dá vyložit pozorované otáčení hvězdné sféry.
Možnost rotace Země neodporuje lidské zkušenosti: ,,Nechť je tedy začátkem našeho pozorování úvaha, že jakýkoliv pohyb, který se připisuje Zemi, je pro nás jako její obyvatele, a proto i pro účastníky tohoto pohybu, vůbec nepozorovatelný, jako by ani neexistoval, neboť my pozorujeme jen věci nacházející se na Zemi. A na druhé straně je zase nevyhnutelné, aby se nám ten jistý pohyb jevil jako společný pohyb všem ostatním tělesům a viditelným předmětům, které, když by byly oddělené od Země, neměly by tento pohyb...``
Podrobně jsou probírány argumenty opačné. Kdyby se Země otáčela, kameny puštěné z výše by nepadaly svisle, ale šikmo, při míření by bylo třeba brát ohled na směr střelby, vál by neustále prudký vítr, neupevněná tělesa by byla vymrštěna do prostoru.
Salviati pochybuje o tom, zda má vůbec smysl rozlišovat přirozené a vynucené pohyby, když o jejich příčinách nic nevíme. Vyslovil důležitou myšlenku, že kdyby mu někdo vysvětlil, co způsobuje pád kamene na Zemi, dovedl by už zdůvodnit, proč Měsíc obíhá kolem Země a planety kolem Slunce.
Zdůraznil, že otáčivý pohyb Země si neuvědomujeme a nevnímáme ho, protože jsme s pohybující se Zemí spojeni. ,,Pohyb je pohybem a jeví se jako pohyb jen dotud, pokud se vztahuje na věci, které ho nemají, ale na ty věci, které se ho stejně účastní, vůbec nepůsobí, jako kdyby neexistoval.`` Myšlenka relativnosti pohybu tak umožňuje uvažovat o rotaci Země.
Třetí den je věnován oběhu Země kolem Slunce a stavbě vesmíru. Diskuse začíná podrobným rozborem vzdálenosti Měsíce od Země, Slunce a hvězd. Galileo srovnává číselné hodnoty různých autorů s vlastními představami. Následuje kritický rozbor, posouzení možné existence paralaxy nehybných hvězd, vznikající jako důsledek pohybu Země kolem Slunce. Správně Galileo argumentoval, že hvězdy jsou nesmírně vzdálené, než aby bylo možné zjistit změny úhlů při pozorování vzdálených hvězd v souvislosti s oběhem Země kolem Slunce. Na rozdíl od Koperníka Galileo vychází z toho, že hvězdy ve hvězdné sféře nejsou stejně vzdálené. Navrhuje: ,,Kdyby se pomocí dalekohledu našla nějaká malá hvězda blízko některé velké a přitom první z nich by byla o mnoho vyšší, mohlo by se stát, že v jejich vzájemné poloze se vyskytne nějaká pozorovatelná změna...Je možné, že obrovská vzdálenost hvězdné sféry způsobuje, že tyto nepatrné projevy unikají při pozorování.``
Galileo se stále přidržuje kruhových drah planet, přestože ze studia Oběhů Koperníka věděl, že tato představa neodpovídá přesným pozorovacím údajům. Dosud není vyjasněno, proč nezabudoval do své teorie Keplerovy představy eliptických drah planet. Stanovisko k nim v Dialogu chybí.
Sagredova slova dokumentují názory Galilea: ,,Kdo by se odvážil věřit, že prostor mezi Saturnem a stálicemi, považovaný některými lidmi za příliš velký a nepotřebný, neobsahuje jiná tělesa náležející vesmíru? Snad proto, že je nevidíme? Copak čtyři Medicejské planety a Saturnovy měsíce jsou na nebi až do chvíle, kdy se staly přístupnými lidskému zraku? A podobně, což neexistovaly další nesčetné hvězdy, dokud je lidé neobjevili? Mlhoviny byly pro nás nejdříve světlými skvrnami a až poté jsme pomocí dalekohledu zjistili, že jsou to seskupení mnoha zářivých hvězd. Ach, jak je domýšlivá, a ba co víc, drzá lidská nevědomost!``
Vedle uvedených hlavních témat Salviati komentuje své výpočty potvrzující, že nové hvězdy - supernovy z let 1572 a 1604 jsou mnohem dále než planety. Posléze se rozhovor vrací k problematice Koperníkovy soustavy. Zde se diskutující více zaměřují na astronomické jevy - změny fází Venuše, měsíce Jupitera a pohyb planet.
Galileo mimo jiné ukazuje, jak přirozeně Koperníkova teorie objasňuje smyčky v pohybu planet vzhledem k hvězdnému poli v pozadí. Dále připomíná vlastní objevy, čtyři Jupiterovy měsíce a rotaci Slunce. To vše proto, aby podpořil heliocentrismus. Země je tak zbavována své výjimečnosti, stává se pouhou planetou. Část průběhu diskuse třetího dne můžeme sledovat na ukázce:
Simplicio: ,,Z čeho usuzujete, že místo uprostřed oběhu planet náleží Slunci, a ne Zemi?`
Salviati: ,,Dochází k tomu ze zcela očividných, tedy přesvědčivých pozorování. Nejzřetelnějším důvodem pro to, aby Země byla vyňata ze středu a tam dosazeno Slunce je fakt, že všechny planety jsou jednou Zemi blíž, podruhé zase dál a rozdíly těchto vzdáleností jsou značné. Tak například Venuše, je-li nejvzdálenější od nás, je šestkrát dál než při svém nejbližším postavení, a u Marsu může být vzdálenost až osmkrát větší, než je-li nejblíže. Je vám tedy zřejmé, že Aristoteles se poněkud zmýlil, když myslel, že planety jsou od nás stále stejně vzdáleny.``
Simplicio: ,,Ale čím budete dokládat, že se planety pohybují kolem Slunce?``
Salviati: ,,Pokud jde o tří svrchní planety, Mars, Jupiter a Saturn, je to zřejmé podle toho, že jsou Zemi nejblíže, když jsou v opozici, a naopak nejdál, když se dostávají do konjunkce se Sluncem. Toto přibližování a vzdalování je tak značné, že když Mars je nám blízko, zdá se 60krát větší, než když je od nás nejdále. Že Merkur a Venuše nesporně obíhají kolem Slunce, poznáme zase z toho, že se od něho nikdy příliš nevzdalují a že je možno je někdy spatřovat před ním, někdy za ním, jak o tom svědčí proměnlivost fází Venuše. Pokud jde o Měsíc, je zřejmé, že jej za žádných okolností nemůžeme odloučit od Země z důvodů, o kterých budeme jednat za chvíli.``
Je věnován diskusi o mořských přílivech a odlivech, což byl jeden z původních motivů vydání Dialogu. Galileo k svému záměru píše: ,, My jsme už dávno prozkoumali a dokázali, že všechny pozemské jevy dokazující nepohyblivost Země a pohyblivost Slunce a nebeské klenby se nám musí jevit podobně i při pohyblivosti Země a nepohyblivosti Slunce a nebeské klenby; jedině prvek vody jako prvek nejrozšířenější, který není spojen a spjat se zeměkoulí tak těsně jako jiné její pevné částice, tento prvek dík své tekutosti zůstává částečně sui iuris a volný a jedině on ze všech podměsíčních věcí nám umožňuje zpozorovat nějakou stopu nebo poukaz na to, jak se chová Země vzhledem k pohybu či klidu.``
Salviati podrobně popisuje jevy mořských dmutí. Poblíž Itálie jsou přílivy ve Středozemním moři různě vysoké. Galileo soudil, že závisí na velikosti moře, tvaru a hloubce mořského dna. Na základě analogie s pohyby nádrží s pitnou vodou dováženou na lodích do Benátek při prudkém zbržďování lodi předpokládal, že slapové síly jsou obdobným projevem: ,,A tak páni moji, co činí člun vzhledem k vodě v ní se nacházející, to samé dělá i nádrž Středozemního moře... Pohyb celé zeměkoule a každé její části by byl rovnoměrný a stejný, kdyby se její části pohybovaly jen jedním pohybem, buď jednoduchým ročním, aneb jen denním. Potom je tak jistě nevyhnutelné, aby ze složení těchto dvou pohybů vyplývaly pro části zeměkoule nerovnoměrné pohyby, někde zrychlené a jinde zpomalené, podle toho, či se denní otáčení připočítává k ročnímu pohybu, nebo se od něho odečítá.``
Příliv a odliv nemohou být způsobeny Měsícem, neboť nejsou pozorovány u malých vodních nádrží, rybníků či jezer. Podle Galileových představ tento jev u malých nádrží nenastává, neboť ,,kolébání`` vodní hladiny zrychleným či zpomaleným pohybem je tak malé, že je nepozorovatelné.
,,Bůh mohl svou nekonečnou mocí a moudrostí dát vodě pohyb, který v ní pozorujeme, i jinak než pohybováním nádrže. Oba potvrdíte, že to mohl a uměl udělat nesčetnými způsoby, které náš rozum dokonce ani nedokáže postihnout. Je-li tomu tak, docházím k závěru, že by bylo krajně opovážlivé, kdyby někdo chtěl omezit a zmenšit boží moc a moudrost jen čistě lidským rozumem.``
Takové prohlášení spíše dosvědčuje, že jde o přizpůsobení se církvi, kdyby je Galileo nevložil do úst Simpliciovi, nejméně důvtipnému účastníku diskuse.
Při interpretaci slapových jevů Galileo neuvažoval gravitační síly působící mezi Zemí, Měsícem a Sluncem, tudíž jeho výklad nemohl odhalit podstatu jevu a byl tak nesprávný. Chybně předpokládal, že příliv a odliv nastávají v důsledku skládání dvou pohybů - rotace a ročního oběhu Země. Nerovnoměrný pohyb Země vzniká podle Galilea složením rotačního denního a ročního pohybu, které sami o sobě jsou rovnoměrné. Nerovnoměrnost spatřuje Galileo v rozdílu rychlostí částí Země ke Slunci přivrácené a odvrácené.
V první třetině 17. století již např. Kepler správně předpokládal, že příliv a odliv jsou vyvolány přitažlivostí Měsíce a Slunce, Galileo však tuto hypotézu pokládal ze lehkomyslnou.
Dialog považoval za své nejvýznamnější dílo, což vyjádřil takto: ,,Hledat konstrukci světa je jeden z největších a nejvznešenějších problémů, které jsou v přírodě...`` Nejde však o dílo jen astronomické či fyzikální, ale především filozofickou obhajobou heliocentrické Koperníkovy teorie proti geocentrické Ptolemaiově teorii. Pro Galileův výklad je charakteristická jasnost argumentace ve prospěch svých názorů. Ústy Salviatiho podává pro svoji obhajobu astronomické a fyzikální důkazy. Fakty vyvrací Aristotelovu představu o neměnnosti kosmických těles (sluneční skvrny, fáze Venuše, objev nových supernov z let 1572, 1604).
V souvislosti s Galileovou činností se heliocentrická teorie stala nepohodlnou pro katolickou církev. Svaté oficium 24. února 1616 zakazuje heliocentrický názor. Názory oficia můžeme sledovat v ukázce.
Prvé tvrzení: ,,Slunce je středem světa a co do místa zcela nepohyblivé. ``
Rozhodnutí: ,,Všichni se vyslovili, že uvedená věta je filozoficky pomatená a absurdní a formálně kacířská, především proto, že výslovně odporuje tvrzením, které na mnoha místech uvádí Písmo Svaté, jak co do smyslu, tak co do jejich běžného výkladu od svatých otců a doktorů theologie.``
Druhé tvrzení: ,,Země není středem světa a také ne nepohyblivá, ale pohybuje se jako celek a krom toho i denním pohybem.``
Rozhodnutí: ,,Všichni se vyslovili, že toto tvrzení filozoficky zaslouží téhož rozhodnutí a pokud se týká theologické pravdy, že je přinejmenším rovno omylu ve víře.``
Přesvědčivým obhájcem heliocentrismu byl německý fyzik Otto von Guericke (1602 - 1686), který proslul především svými experimenty s magdeburskými polokoulemi dokazujícími tlak vzduchu. Ve své práci z roku 1672 Experimenta Nova (ut vocaiatur) Magdeburgica de Vacuo Spatio česky Nové magdeburské pokusy s vakuovým prostorem, podává rovněž výklad světové soustavy, přičemž jako jedinou správnou uvádí Koperníkovu heliocentrickou teorii. V její prospěch uvádí jevy, které ji potvrzují a dospívá k závěru, že pouze Slunce může být středem sluneční soustavy a udržovat planety na jejich drahách.
Argumentace Guerickeho je velmi dobře propracovaná a podložená. Podle ní u každé soustavy je třeba jasně stanovit, co spojuje její jednotlivé části, co vede k pohybu a jakým způsobem se naplňuje. Tento přístup důsledně aplikoval na problematiku hvězd. Podrobně vysvětlil, že nejbližší hvězda Sirius je tak vzdálena od Země, že nás nemůže ovlivňovat. Guericke kladl průměrnou vzájemnou vzdálenost mezi hvězdami shodnou se vzdáleností Síria od Slunce. Jestliže hvězdy jsou velmi vzdálené a ještě v různých vzdálenostech, bylo by podle Guerickeho absurdní předpokládat, že všechny obíhají kolem Země s oběžnou dobou 24 hodin. Jako příklad teoreticky propočítal, že hvězda s paralaxou 1″ by musela urazit za 1 sekundu 200000 německých mil (německá míle = 7,5 km). To odpovídá, jak nyní víme, pětinásobku rychlosti světla ve vakuu. Správně Guericke dedukoval, že vzdálenější hvězdy by se musely pohybovat podle této úvahy ještě mnohem většími rychlostmi. Proto dospěl k závěru, že Země rotuje kolem své osy jednou za 24 hodin a pohyb hvězd je pouze pozorovaným důsledkem. Celou úvahu uzavřel tvrzením o nemožnosti geocentrické koncepce společného pohybu velmi vzdálených hvězd v rozdílných vzdálenostech.
 Kinematické zákony pohybu planet |
Kosmická mechanika |
