Preuve expérimentale simple que la Terre tourne autour du Soleil

Quelles sont les expériences ou les calculs les plus simples qui prouvent que la terre tourne autour du soleil? Pouvez-vous les expliquer et faire référence à l'histoire? De nombreuses explications simples telles que celles-ci citent des observations telles que la position relative de deux étoiles observées depuis la Terre varient chaque nuit - ce qui ne serait pas vrai si les étoiles tournaient autour de la Terre. Mais l'observation n'est-elle pas également cohérente avec un modèle où les étoiles tournent autour de la Terre mais le font à des vitesses différentes, alors que la Terre tourne toujours autour du Soleil? Des explications simples seraient utiles.

La réponse est ironique: sans bons instruments, il n'y a aucune preuve . Les personnes qui pensaient que le Soleil faisait le tour de la Terre étaient parfaitement correctes en ce qui concerne les preuves réelles jusqu'au début des années 1700 et au milieu des années 1800, lorsque deux lignes de preuves se sont ouvertes montrant que la Terre bougeait.

Aberration de Starlight

Wikipedia a une explication correcte mais trop compliquée . La façon la plus simple d'y penser est de vous imaginer à un panneau d'arrêt dans une voiture sous la pluie, et la pluie tombe tout droit. Lorsque vous commencez à bouger, la direction apparente de la pluie de la pluie change de sorte qu'elle semble tomber de devant vous et s'incliner vers vous. C'est une aberration.

Au début des années 1700, il a été découvert que les étoiles changeaient de position, et en 1727, James Bradley l'a correctement identifié comme une abattation de la lumière des étoiles due au mouvement de la Terre autour du Soleil. (Pour toute étoile de l'écliptique, la Terre se dirige vers elle à un moment de l'année et s'en éloigne six mois plus tard.)

Parallaxe

L'article de Wikipedia sur la parallaxe est meilleur, et je vous y réfère pour plus de détails. Fondamentalement, si vous tenez votre doigt devant vous et que vous le regardez avec votre œil gauche fermé, puis avec votre œil droit fermé, il semble sauter par rapport à l'arrière-plan - le mur au-delà ou les arbres à l'extérieur ou autre chose. Basculez rapidement entre vos yeux pour le voir clairement.

Alors que la Terre tourne autour du Soleil, les étoiles proches semblent également changer de position par rapport aux étoiles plus éloignées. Un point clé ici est qu'il y avait de bonnes raisons scientifiques de supposer que les étoiles étaient beaucoup plus petites que le Soleil. Vus à travers un télescope, les étoiles montraient des disques et s'ils étaient comme le Soleil, leur distance pouvait être déduite de ces disques. Et ils étaient suffisamment proches pour que si la Terre tournait vraiment autour du Soleil, la parallaxe aurait dû être observée. Mais ce n'était pas le cas et l'absence de parallaxe notable était un argument empirique puissant contre les théories héliocentriques.

En réalité, bien sûr, la parallaxe existe, mais la parallaxe de toutes les étoiles est petite, car elles sont beaucoup plus éloignées que ce qui était estimé à partir de leurs disques. (Les disques visibles étaient en fait des disques de diffraction et non pas de vrais disques - mais ce n'est que près d'un siècle plus tard que la diffraction a commencé à être comprise.) Friedrich Bessel a d'abord mesuré la véritable parallaxe d'une étoile en 1838.

Vous ne pouvez pas prouver que la Terre tourne autour du Soleil plutôt que l'inverse, car cela va à l'encontre du fait que tous les cadres de référence sont également valides (mais certains ont beaucoup plus de sens que d'autres). Par exemple, il est beaucoup plus logique d'utiliser un point de vue fixe centré sur la Terre plutôt qu'un point de vue géocentrique, héliocentrique, barycentrique ou galactocentrique non rotatif lors de la modélisation du temps ou des marées. On pourrait, par exemple, utiliser un point de vue héliocentrique ou même galactocentrique pour modéliser le temps de la Terre, mais cela serait au-delà de stupide.

D'un autre côté, lors de la modélisation du comportement du système solaire, il est beaucoup plus logique d'utiliser un point de vue héliocentrique, ou mieux encore, un système solaire barycentrique. On pourrait cependant utiliser un point de vue centré sur la Terre et fixé sur la Terre car tous les référentiels sont également valables (en théorie). Cela rendrait bien sûr les équations du mouvement assez laides et encore plus laides en essayant de rendre ces équations du mouvement relativement relativistes. Un point de vue géocentrique reste néanmoins théoriquement valable - même pour modéliser le comportement de la Voie lactée.

Le problème avec un point de vue géocentrique n'est pas qu'il n'est pas valide (ce qui n'est pas le cas). Le problème est que les partisans du géocentrisme ont soutenu (et malheureusement, continuent de soutenir) que c'est le seul et unique point de vue valable. Cet argument n'est pas valide, car encore une fois, tous les cadres de référence sont également valides.

Notez bien: ce n'est pas parce que les cadres inertiels sont spéciaux dans un certain sens que les cadres non inertiels ne sont pas valides.

Si vous commencez avec l'idée que les planètes, le soleil, la lune et la terre sont tous des corps qui se déplacent tous dans l'espace, excluez les étoiles apparemment fixes, puis voyez quelles preuves existent de la façon dont elles se déplacent les unes par rapport aux autres, puis, dans ce contexte, il y a des preuves à trouver dans l'astronomie à l'œil nu aidée par des instruments de navigation disponibles même pour les anciens.

Les modèles de mouvement observé des planètes sont des preuves de l'orbite héliocentrique. Les planètes visibles suivent certains modèles. D'abord, Mercure et Vénus:

• Ils sont toujours vus à proximité du soleil.
• Les séparations angulaires observées de Mercure et de Vénus par rapport au soleil ont un schéma régulier.
• Mercure a une séparation maximale beaucoup plus proche que Vénus, et sa séparation angulaire change à un rythme beaucoup plus rapide.
• Les deux planètes restent proches de l'écliptique et n'oscillent jamais normalement.
• Les orbites des deux planètes autour du soleil peuvent être documentées et prédites avec une relative facilité. Cela peut être fait de manière imprécise même sans télescope, bien que ce soit beaucoup plus difficile pour Mercure, étant si proche du soleil.

En partant de la prémisse des corps se déplaçant à travers les cieux, je crois que la preuve est là pour Mercure et Vénus ayant une orbite héliocentrique. Kepler l'a décrit avec précision, mais les anciens Grecs ont pu très bien modéliser leur mouvement sans télescopes dans le mécanisme d'Anticythère en termes géocentriques .

Si un astronome grec ancien avait voulu modéliser avec précision le mouvement des planètes intérieures en termes héliocentriques , il aurait pu. La façon de le faire est de supposer que les étoiles fixes sont fixes et de mesurer les distances angulaires entre elles toutes, puis de tracer les mouvements des planètes en mouvement entre elles. Les sextants et autres appareils étaient utilisés par les anciens marins qui étaient hautement qualifiés, même avec les primitifs . Cela aurait donc pu être fait pour réaliser "l'expérience ou le calcul simple" que vous demandez. Que cela ait jamais été fait, avec cette question à l'esprit, est une question un peu différente.

Maintenant pour la terre elle-même. Même dans le monde antique, la relation entre le jour sidéral et le jour solaire a été bien comprise . La précession du soleil autour du plan écliptique témoigne d'une orbite héliocentrique. Il suffit de le modéliser pour que cela soit clair. Des calculs anciens concernant le temps sidéral et le cycle métonique révèlent que le mouvement héliocentrique de la Terre aurait pu être modélisé mathématiquement, s'il avait été conçu et souhaité.

En ce qui concerne les planètes extérieures, à mon avis, c'est la moins intuitive, mais il existe des preuves d'une orbite héliocentrique pour elles aussi, mais uniquement en s'appuyant sur l'idée que la terre et les planètes intérieures tournent autour du soleil. Cela vient de l'observation de leur mouvement rétrograde . Ces planètes se déplaceront rétrogrades contre les "étoiles de fond fixes" à certains moments, et ces temps peuvent être corrélés à leur séparation angulaire du soleil. Les différentes planètes se déplacent également à travers le zodiaque à différentes vitesses, qui sont également en corrélation avec l'amplitude du mouvement rétrograde.

Si vous simulez tout cela avec une orrery héliocentrique, il est très évident que nous, sur une planète intérieure plus rapide, observons une planète extérieure plus lente sur son orbite. Les anciens Grecs avaient assez d'habileté pour modéliser les mouvements de Mars, Jupiter et Saturne dans leur mécanisme d'Anticythère en termes géocentriques . Il s'ensuit donc qu'un modèle mathématique précis de mouvement héliocentrique pour les planètes extérieures était à leur portée, si jamais ils l'atteignaient.

Il existe également des preuves qu'au moins certains penseurs anciens ont pu décoder tout cela en un modèle héliocentrique. Le grec ancien Aristarque de Samos avait un modèle héliocentrique. Cependant, Platon et d'autres semblaient le défavoriser, et cette reconstruction du mécanisme d'Anticythère qui est censée se produire bien après le jour d'Aristarque présente une orrerie géocentrique qui modélise le mouvement rétrograde planétaire. Et la pensée héliocentrique est restée au sein de la minoritéà l'ouest jusqu'à l'ère moderne. Peut-être l'orbite géocentrique évidente de la lune, ou la question des étoiles (si elles doivent être incluses dans un modèle correct ou non), ou le manque d'une théorie universelle de la gravité, suffisamment obscurcie pour eux ce qui pour nous est clair.

La meilleure preuve expérimentale est probablement le mouvement rétrograde . Les données ne sont pas faciles à acquérir: cela prend beaucoup de temps à collecter, sans oublier qu'un astronome devrait rester éveillé chaque nuit en gardant des mesures minutieuses des positions de chaque objet. Mais cela peut être fait (les anciens Grecs en étaient conscients) et dans le monde moderne, vous pouvez simplement utiliser un simulateur comme Stellarium .

Téléchargez Stellarium, démarrez-le et accédez à votre position locale. Réglez ensuite la simulation en cours d'exécution et accélérez-la plusieurs fois. Vous devriez voir le soleil et les étoiles tourner autour de vous. Ensuite, éteignez le sol (pour voir à travers la Terre), éteignez l'atmosphère (pour voir les étoiles pendant la journée), passez à la monture équatoriale (Ctrl + M; c'est la monture où se trouve la majeure partie du ciel stationnaire) et effectuez un zoom arrière jusqu'à ce que le Soleil, la Lune et toutes les planètes semblent se déplacer en cercle.

Examinez maintenant attentivement les mouvements de toutes les planètes. Vous devriez voir que la Lune (et le Soleil) tourne en rond sans jamais ralentir. C'est ce à quoi vous vous attendriez s'ils faisaient le tour de la Terre. Cependant, Mercure ne suit pas ce mouvement - il disparaît visiblement autour du Soleil. Mars se comporte également différemment: il tourne en rond, puis s'arrête, recule, puis tourne encore et encore. Ce dernier comportement est appelé mouvement rétrograde et son explication occupait beaucoup d'astronomie ancienne. Les Grecs anciens ont proposé une théorie compliquée des épicycles pour l'expliquer, étant donné que les planètes ont orbité autour de la Terre et se sont déplacées en cercles parfaits (aucun de ces deux n'est vrai dans la connaissance moderne).

Cependant, le mouvement rétrograde peut être facilement expliqué si Mars n'a pas fait le tour de la Terre, mais a fait le tour du Soleil à la place. Cela signifierait simplement que Mars devient rétrograde lorsque nous la dépassons sur son orbite. De plus, cela explique également comment chaque fois que Mars devient rétrograde, elle est à son plus brillant, plus elle est de l'autre côté du ciel par rapport au Soleil. Cela explique également pourquoi Mercure fait ses boucles autour du Soleil.

Cela ne signifie pas que le modèle géocentrique ne peut pas prendre en compte les mêmes observations, mais il est considérablement plus simple. Dans le modèle héliocentrique, chaque planète fait le tour du Soleil sur un chemin simple, une ellipse. Dans le modèle géocentrique, chaque planète fait le tour de la Terre, mais épicycle après épicycle. C'est alors que nous appliquons le rasoir d'Occam et concluons que l'explication la plus simple est correcte.

Eh bien ... le cycle saisonnier est une preuve suffisante que la Terre et le Soleil sont en orbite l'un autour de l'autre. Que A orbite sur B ou que B orbite sur A est un argument sur la masse relative. Si vous trouvez que le mouvement de toutes les autres planètes est cohérent avec leur orbite autour du Soleil mais pas de la Terre, vous pouvez conclure que la masse du Soleil est énorme et donc à peine affectée par l'attraction de la Terre.

Des observations détaillées d'une étoile dans le ciel révèlent que la Terre se déplace sur une orbite elliptique à une vitesse d'environ 30 km / s.

Lorsque les vitesses de ligne de visée des étoiles sont mesurées à l'aide de l'effet Doppler, elles doivent être corrigées pour le mouvement de la Terre. S'ils ne le sont pas, on verrait alors une modulation inexpliquée des vitesses, avec une période de 1 an et une amplitude allant jusqu'à 30 km / s qui différerait selon la direction de l'étoile par rapport à l'orbite Terre-Soleil avion.

De même, un modèle géocentrique ne parvient pas à expliquer pourquoi un observateur sur la Terre voit les positions des étoiles sur le ciel exécuter des ellipses périodiques sur le ciel avec des amplitudes (alias la parallaxe trigonométrique) qui semblent être inversement corrélées à leur éloignement, mais le tout avec une période d'un an.

Ce ne sont peut-être pas les «simples» expériences auxquelles vous pensiez, mais l'univers ne peut pas toujours être compris avec ce qui est visible à l'œil nu et avec le bon sens.

Cela pourrait simplifier les choses à outrance, mais voici mon choix:

• Créez une surface plane (plus elle est grande, mieux c'est tant qu'elle reste plate), par exemple en plaçant une planche sur une surface immobile d'eau.
• Placer un long poteau (le plus long sera le mieux) verticalement sur cette surface à midi.
• Mesurez son ombre (direction et longueur), qui doit être complètement sur la surface plane.
• Demandez à quelqu'un de faire la même chose (en particulier la même longueur de poteau) en même temps loin au nord de vous (le plus loin sera le mieux).
• Ayez un tiers des mêmes mesures exactement au sud de vous.

L'évaluation des mesures doit établir:

• La surface de la Terre est à peu près sphérique (en fait, la Terre est un ellipsoïde oblat mais vous avez besoin de plus de 3 mesures pour le confirmer)
• Le diamètre de la Terre est dans les valeurs rapportées (+/- écart prévu pour l'erreur de mesure et le fait que vous n'ayez mesuré qu'une estimation très approximative)
• Estimation approximative de la distance Terre-Soleil par triangulation

En utilisant une caméra sténopé, vous pouvez maintenant obtenir une estimation approximative du diamètre réel du soleil par son diamètre apparent et l'estimation de la distance par le haut. Même en accumulant toutes les erreurs de mesure, la différence de taille entre le soleil et la terre devrait être de quelques ordres de grandeur.

Attachez deux boules aux extrémités opposées d'une tige (plus la tige est légère par rapport aux boules, mieux c'est). Les boules doivent être des approximations approximatives des mesures établies ci-dessus (par exemple, vous pouvez deviner que le soleil est de l'hydrogène pur et que la terre est du fer pur pour obtenir une estimation de la masse). Attachez une ficelle à la tige et trouvez le point d'équilibre. Très probablement, ce sera le chemin vers la balle représentant le soleil (vous devez tenir compte du poids de la tige).

Vous pouvez maintenant faire en sorte que les deux boules s’entourent tout en étant suspendues à la chaîne.

Lequel tourne autour de l'autre?

Avec un équipement relativement simple, il est possible d'observer le comportement des satellites de Jupiter. En supposant l'hypothèse que Jupiter et toutes les planètes tournent autour de la Terre, il faut s'attendre à ce que l'occlusion des satellites par Jupiter se produise de manière très régulière. Mais ce que nous voyons, c'est que l'événement se produit à différents moments par rapport aux horloges liées à la Terre, même pas très précises, ce qui prouve que l'orbite de Jupiter n'est pas un simple épicycle autour de la Terre. De même, l'observation de tout satellite ne gravitant pas directement autour de la Terre jette un doute sur la vue centrée sur la Terre.

Très simplement: à cause d'un mouvement relatif, aucune preuve n'existe. Toute situation que vous rencontrez peut être expliquée par un module géocentrique modifié. Albert Einstein est parvenu à la même conclusion quand il a déclaré: "J'en suis venu à croire que le mouvement de la Terre ne peut être détecté par aucune expérience optique." et "... à la question de savoir si le mouvement de la Terre dans l'espace peut être rendu perceptible dans les expériences terrestres. Nous avons déjà remarqué ... que toutes les tentatives de cette nature aboutissaient à un résultat négatif. Avant la théorie de la relativité a été avancé, il était difficile de se réconcilier avec ce résultat négatif. "