Temat

Ruch planet na sferze niebieskiej. System heliocentryczny. Rozwój idei kopernikańskiej

Etap edukacyjny

Trzeci

Podstawa programowa

III. Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń:

4) opisuje budowę Układu Słonecznego i jego miejsce w Galaktyce; posługuje się pojęciami jednostki astronomicznej i roku świetlnego.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Opisuje cechy modelu heliocentrycznego.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Wymienia różnice pomiędzy systemem geocentrycznym i heliocentrycznym.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- odróżnia model heliocentryczny od geocentrycznego,

- omawia rozwój modelu heliocentrycznego.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Analiza tekstu.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Uczniowie prezentują stan wiedzy na temat modelu heliocentrycznego.

Wyjaśnij, co oznacza powiedzenie o Mikołaju Koperniku, że „wstrzymał Słońce, ruszył Ziemię”.

Realizacja lekcji

Nasze rozumienie Wszechświata ewoluowało z czasem.

Większość wczesnych modeli kosmologicznych zakładała, że Ziemia była nie tylko centrum Układu Słonecznego, ale całego wszechświata.

Arystarch z Samos zaproponował pierwszy model heliocentryczny w III wieku p.n.e., ale w tamtym czasie model ten nie odegrał istotnej roli.

[Ilustracja 1]

Starożytni astronomowie zaobserwowali, że planety poruszały się zwykle ze wschodu na zachód względem odległych gwiazd, ale od czasu do czasu zmieniały kierunek i prędkość. Ruch w przeciwnym kierunku został nazwany ruchem wstecznym. W dzisiejszych czasach wiemy, że jest to ruch pozorny.

Grecki astronom Ptolemeusz wykorzystał wyniki pomiarów obserwacji nieba, aby stworzyć model geocentryczny Wszechświata. W tym modelu Ziemia znajdowała się w centrum, a wokół niej krążyły wszystkie planety i Słońce. Obserwowany ruch wsteczny planet  wyjaśniał w taki sposób, że każda planeta miała poruszać się po małym okręgu, zwanym epicyklem, którego środek poruszał się po większym okręgu, zwanym deferentem. Gwiazdy krążyły na sferze niebieskiej poza orbitami planetarnymi.

[Grafika interaktywna]

Model geocentryczny był używany przez wiele stuleci. Dopiero w XVI wieku Mikołaj Kopernik opracował inny model. W 1543 roku, kilka miesięcy przed śmiercią, Kopernik opublikował swoją teorię w książce: „De revolutionibus orbium coelestium” („O obrotach ciał niebieskich”).

Teoria Kopernika głosiła, że Słońce znajduje się w centrum systemu, a wszystkie jego planety, w tym Ziemia, krążą wokół niego. Pogląd ten nosi nazwę teorii heliocentrycznej, co oznacza, że Słońce znajduje się w centrum („helios” w języku greckim oznacza „słońce”). W teorii Kopernika Księżyc jest jedynym ciałem niebieskim w tym systemie, które okrąża Ziemię, a wraz z nią krąży wokół Słońca. Planety krążą wokół Słońca po kołowych orbitach zmodyfikowanych epicyklem. Prędkość danej planety jest jednostajna. Teoria zakładała, że gwiazdy są nieruchome, a ich pozorny ruch dzienny spowodowany jest dzienną rotacją Ziemi. Ruch wsteczny planet był wynikiem ziemskiego ruchu orbitalnego.

[Ilustracja 2]

Po kilkudziesięciu latach Johannes Kepler, korzystając z bardzo dokładnych danych, zgromadzonych przez swojego byłego mentora Tycho Brahe, odkrył, że planety nie poruszają się po orbitach kołowych, ale po elipsach.

Z biegiem czasu instrumenty używane przez astronomów stawały się coraz lepsze i umożliwiały dokładniejsze pomiary.

Galileo Galilei był pierwszym astronomem, który wykorzystał teleskop do badania nieba. Dokonał szeregu obserwacji, które ostatecznie pomogły przekonać innych, że model heliocentryczny był prawidłowy. Galileusz odkrył plamy na Słońcu i zaobserwował, że powierzchnia Księżyca była porowata. Odkrył, że Wenus ma fazy, podobnie jak nasz Księżyc.

Teoria heliocentryczna, o której mówił Galileusz, miała wielu przeciwników i została oficjalnie zakazana na długi czas. On sam został również zmuszony do oficjalnego zaprzeczenia swojej teorii i spędził w areszcie domowym ostatnie osiem lat swojego życia.

Kilka dziesięcioleci później Newton uogólnił prawa Keplera i pokazał, że planety i Słońce obracają się wokół środka masy Układu Słonecznego.

Ostateczny dowód na prawdziwość teorii heliocentrycznej Układu Słonecznego pojawił się w 1838 roku, kiedy dokonano pierwszego pomiaru odległości między gwiazdą a Ziemią. Bessel wyznaczył odległość do 61 Cygni mierząc jej paralaksę. Jego pomiary były zgodne z ruchem orbitalnym Ziemi wokół Słońca.

Obecny stan wiedzy jest taki, że Słońce nie jest już uważane za centrum Wszechświata, ale jest jedną pośród wielu gwiazd. Słońce znajduje się w ognisku eliptycznych orbit krążących wokół niego planet. A Układ Słoneczny jest jednym z tysięcy innych podobnych systemów we Wszechświecie.

Podsumowanie lekcji

Teoria heliocentryczna twierdzi, że Ziemia krąży wokół Słońca. Teoria ta zastąpiła teorię geocentryczną, która głosiła, że Ziemia jest centrum wszechświata. Teoria heliocentryczna dała wkład do wzmożonych obserwacji astronomicznych i obliczeń, które trwają do dziś.