โลกเป็นศูนย์กลาง: เชื่อว่าโลกอยู่กับที่และเป็นจุดศูนย์กลางของจักรวาล

วงกลมซ้อนวงกลม: ดาวเคราะห์ไม่ได้โคจรรอบโลกเป็นวงกลมเดียว แต่เคลื่อนที่ในวงกลมเล็กๆ (epicycle) ที่ซ้อนทับบนวงกลมใหญ่ (deferent) ที่โคจรรอบโลกอีกที

การอธิบาย: แนวคิดนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ถอยหลังของดาวเคราะห์ที่มองเห็นจากโลก

จุดสิ้นสุด: แบบจำลองนี้ถูกใช้มานานนับพันปีจนกระทั่งถูกแทนที่ด้วยแบบจำลองที่ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง (Heliocentric Model) ของ Copernicus ในศตวรรษที่ 16 ซึ่งเรียบง่ายและแม่นยำกว่า

ทฤษฎีนี้มีลักษณะสำคัญคือ ดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ศูนย์กลาง, โลกหมุนรอบตัวเองทำให้เกิดกลางวันกลางคืน, โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ทำให้เกิดฤดูกาล และการเคลื่อนที่ถอยหลังของดาวเคราะห์เกิดจากความเร็วในการโคจรที่แตกต่างกัน

ลักษณะสำคัญของระบบโคเพอร์นิคัส

• ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง:

  ดวงอาทิตย์เป็นจุดศูนย์กลางของระบบสุริยจักรวาล

• โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์:

  โลกเป็นเพียงหนึ่งในดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์

• โลกหมุนรอบตัวเอง:

  การหมุนรอบตัวเองของโลกใช้เวลาประมาณ 24 ชั่วโมง ทำให้เกิดกลางวันและกลางคืน

• ฤดูกาล:

  การโคจรรอบดวงอาทิตย์ใช้เวลา 1 ปี (ประมาณ 365 วัน) และทำให้เกิดฤดูกาล

• การเคลื่อนที่ย้อนกลับของดาวเคราะห์:

  การเคลื่อนที่ถอยหลังของดาวเคราะห์เกิดขึ้นจากการที่โลกเคลื่อนที่แซงดาวเคราะห์วงนอกที่มีวงโคจรใหญ่กว่า

13 29 31 37

สรุปข้อมูลสำคัญ:

ผู้คิดค้น: นิโคลัส โคเปอร์นิคัส (Nicolaus Copernicus) นักดาราศาสตร์ชาวโปแลนด์ เป็นผู้เผยแพร่ทฤษฎีนี้อย่างเป็นทางการในศตวรรษที่ 16

แนวคิดหลัก:

ดวงอาทิตย์อยู่ ณ จุดศูนย์กลาง

ดาวเคราะห์ทั้งหมดโคจรรอบดวงอาทิตย์

โลกหมุนรอบตัวเอง ทำให้เกิดกลางวันและกลางคืน

การที่ดาวเคราะห์บางดวงดูเหมือนเคลื่อนที่ถอยหลังเมื่อมองจากโลก (Retrograde Motion) เป็นเพียงภาพลวงตาที่เกิดจากการที่โลกและดาวเคราะห์เหล่านั้นโคจรอยู่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน

1. กฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ 3 ข้อ (Kepler’s Laws of Planetary Motion)
   อธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์อย่างเป็นระบ

   • กฎข้อที่ 1: วงโคจรของดาวเคราะห์เป็น วงรี โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่หนึ่งในโฟกัส

   • กฎข้อที่ 2: เส้นที่ลากจากดวงอาทิตย์ไปยังดาวเคราะห์จะกวาดพื้นที่เท่ากันในช่วงเวลาที่เท่ากัน (ความเร็วไม่คงที่)

   • กฎข้อที่ 3: กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างคาบการโคจรกับระยะห่างเฉลี่ยจากดวงอาทิตย์

เขาได้รับการยกย่องว่าเป็น "นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทฤษฎีคนแรก" แต่คาร์ล ซาแกน ยกย่องเขาในฐานะ "นักโหราศาสตร์ทางวิทยาศาสตร์คนสุดท้าย

ผลงานหลักของทอเลมี:

ดาราศาสตร์:

อัลมาเจสต์ (Almagest): เป็นหนังสือที่อธิบายระบบโลกเป็นศูนย์กลาง โดยอธิบายว่าดาวเคราะห์และดวงอาทิตย์โคจรรอบโลกผ่านวงกลมเล็กๆ ที่เรียกว่า "เอปิไซเคิล" (epicycles) ทฤษฎีนี้เป็นที่ยอมรับกว่า 1,400 ปี.

การทำแผนที่ท้องฟ้า: เขาได้สังเกตการณ์ปรากฏการณ์บนท้องฟ้าอย่างละเอียด และบันทึกรายการดาวต่างๆ รวมถึงคำนวณระยะเวลาของฤดูกาล.

ภูมิศาสตร์:

ภูมิศาสตร์ (Geography): เป็นหนังสือที่ให้ความรู้เกี่ยวกับภูมิศาสตร์โลกในยุคกรีก-โรมันอย่างละเอียด.

คณิตศาสตร์และเรขาคณิต:

การฉายภาพ: เขาศึกษาการฉายภาพของจุดบนทรงกลมท้องฟ้า (Analemma) และการฉายภาพแบบสเตอริโอกราฟิก (Planispherium).

ฟังก์ชันตรีโกณมิติ: เขาได้สร้างตารางฟังก์ชันตรีโกณมิติที่เก่าแก่ที่สุดที่ยังหลงเหลืออยู่.

จากความคิดของทิโคที่ไม่เห็นด้วยกับแบบจำลองของโคเปอร์นิคัสที่กำหนดให้ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยจักรวาลทำให้ทิโคได้สร้างแบบจำลองขึ้นโดยเรียกว่า TYCHONIC SYSTEM

ซึ่งแบบจำลองดังกล่าวผสมผสานระหว่างแบบจำลองของปโตเลมีและโคเปอร์นิคัสโดยกำหนดให้โลกเป็นศูนย์กลางและมีดวงจันทร์และดวงอาทิตย์หมุนรอบโลกในขณะเดียวกันดาวเคราะห์ทั้ง 5 ดวงได้แก่ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และ ดาวเสาร์ก็หมุนรอบดวงอาทิตย์

ทิโค บราเฮ (TYCHO BRAHE) พบซูเปอร์โนวาในปี 1572 และให้เหตุผลว่าดาวดวงใหม่นี้ไม่ได้อยู่ใกล้โลก พร้อมทั้งโต้แย้งว่าถ้าโลกเคลื่อนที่จริง เราควรเห็นการเปลี่ยนตำแหน่งของดาวใกล้เมื่อเทียบกับดาวไกล (พารัลแลกซ์) แต่ในสมัยนั้นยังไม่สามารถสังเกตได้ด้วยตาเปล่าหรือแม้แต่ด้วยกล้องโทรทรรศน์ ซึ่งกว่ามนุษย์จะตรวจพบ

พารัลแลกซ์ได้จริงก็ต้องรออีกประมาณ 200 ปีต่อมา

โดยกำหนดให้โลกเป็นศูนย์กลางและมีดวงจันทร์และดวงอาทิตย์หมุนรอบโลกในขณะเดียวกันดาวเคราะห์ทั้ง 5 ดวงได้แก่ดาวพุธดาวศุกร์ดาวอังคารดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ก็หมุนรอบดวงอาทิตย์โดยทิโคให้เหตุผลว่าดาวดวงใหม่ (ซึ่งเป็นซูเปอร์โนวา) ที่ถูกค้นพบโดยตัวเขาในปี 1572 ไม่ได้อยู่ใกล้โลกนอกจากนี้ทิโคยังได้โต้แย้งในประเด็นที่ว่าถ้าโลกมีการเคลื่อนที่ดังนั้นตำแหน่งของดวงดาวที่อยู่ใกล้โลกควรที่จะต้องมีการเลื่อนไปเมื่อเทียบกับดวงดาวที่อยู่ห่างไกลออกไปซึ่งโดยข้อเท็จจริงปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นผลของพาราแล็ซ (parallex) ซึ่งไม่สามารถสังเกตได้โดยตาเปล่า (ดังที่ทิโคได้ทำการสังเกตไว้เนื่องจากในยุคนั้นยังไม่มีกล้องโทรทรรศน์) หรือกระทั่งใช้กล้องโทรทรรศน์ทำการสังเกตการณ์เป็นเวลาร่วม 200 ปี

แบบจำลองของทิโคเป็นที่ยอมรับอยู่ในช่วงเวลาหนึ่งเนื่องจากเป็นแบบจำลองที่ค่อนข้างปลอดภัยสำหรับนักดาราศาสตร์ที่ไม่เห็นด้วยกับแบบจำลองเก่าตามความเชื่อของอริสโตเติลแต่ก็จำเป็นต้องยอมรับแบบจำลองเก่าด้วยความกระอักกระอ่วมใจนอกจากนี้ทางกรุงโรมเองก็ได้ยอมรับแบบจำลองของทิโคอย่างเป็นทางการในเวลาต่อมาซึ่งในห้วงเวลาดังกล่าวเป็นการแข่งขันกันระหว่างแบบจำลองของโคเปอร์นิคัสและแบบจำลองของทิโคที่มีคริสตจักรโรมันเป็นผู้หนุนหลัง

หลักการแรกของแบบจำลองทอเลมีคือ การเคลื่อนที่ แบบเยื้องศูนย์กลางวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่บนเส้นทางวงกลมโดยมีโลกเป็นศูนย์กลาง จะกวาดมุมที่เท่ากันในเวลาที่เท่ากันจากมุมมองของโลก อย่างไรก็ตาม หากศูนย์กลางของเส้นทางเคลื่อนที่ออกจากโลกวัตถุจะกวาดมุมที่เท่ากันในเวลาที่ไม่เท่ากัน (อีกครั้งจากมุมมองของโลก) โดยเคลื่อนที่ช้าที่สุดเมื่ออยู่ไกลจากโลกมากที่สุด (apogee) และเคลื่อนที่เร็วที่สุดเมื่ออยู่ใกล้โลกมากที่สุด (perigee) ด้วยแบบจำลองเยื้องศูนย์กลางแบบง่ายๆ นี้ ปโตเลมีได้อธิบายการเคลื่อนที่ที่แปรผันของดวงอาทิตย์ผ่านจักรราศีอีกแบบจำลองหนึ่งที่เหมาะสำหรับดวงจันทร์ ให้ทิศทางของเส้นจากapogeeไปยัง perigee

โดยระบบทอเลมี (Ptolemaic system) จะเป็นแบบจำลองทางดาราศาสตร์ที่เสนอว่าโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล (geocentric model) และดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ โคจรเป็นวงกลมรอบโลก แบบจำลองนี้ใช้แนวคิดที่เรียกว่า เอพิไซเคิล(epicycle) คือการโคจรเป็นวงกลมเล็กๆ ซ้อนอยู่บนวงโคจรที่ใหญ่ขึ้น เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อนของดาวเคราะห์ เช่น การเคลื่อนที่ถอยหลัง (retrograde motion). ผลงานนี้ได้รับการรวบรวมและเผยแพร่ในหนังสือ Almagest และเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางมานานกว่าพันปี ก่อนจะถูกแทนที่ด้วยระบบดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง

แนวคิดหลักของระบบทอเลมี

• โลกเป็นศูนย์กลาง (Geocentric):

  โลกนิ่งอยู่กับที่ ที่ จุดศูนย์กลางของจักรวาล

• การเคลื่อนที่แบบวงกลม:

  ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ และดาวฤกษ์ โคจรรอบโลก

  
  

• เอพิไซเคิล (Epicycles):

  ดาวเคราะห์แต่ละดวงจะโคจรเป็นวงกลมเล็กๆ รอบๆเอพิไซเคิล ไปพร้อมๆ กับที่จุดศูนย์กลางของเอพิไซเคิลโคจรเป็นวงกลมที่ใหญ่กว่า (ดิฟเฟอเรนต์) รอบโลก

  
  

• การเคลื่อนที่ถอยหลัง:

  การเคลื่อนที่รวมกันระหว่างเอพิไซเคิลและดิฟเฟอเรนต์ ทำให้ดาวเคราะห์ดูเหมือนเคลื่อนที่ช้าลงเมื่อมองจากโลก

  
  

  
  

1. กฎแห่งวงรี (The Law of Ellipses)

"ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่โฟกัสหนึ่งของวงรี"

กฎนี้คือการค้นพบที่หักล้างความเชื่อเก่าที่ว่าวงโคจรต้องเป็นวงกลมที่สมบูรณ์แบบ รูปทรงวงรีนี้เองที่เป็นคำอธิบายว่าทำไมระยะห่างระหว่างดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์จึงมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา

2. กฎแห่งพื้นที่ (The Law of Equal Areas)

"เส้นที่ลากจากดวงอาทิตย์ไปยังดาวเคราะห์จะกวาดพื้นที่เท่ากันในเวลาที่เท่ากัน"

กฎนี้อธิบายความเร็วที่ไม่คงที่ของดาวเคราะห์ กล่าวคือ ดาวเคราะห์จะ เคลื่อนที่เร็วขึ้นเมื่ออยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ และ เคลื่อนที่ช้าลงเมื่ออยู่ไกลดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม พื้นที่ที่เส้นสมมตินี้กวาดไปในหนึ่งหน่วยเวลาจะคงที่เสมอ

3. กฎแห่งคาบ (The Law of Harmonies)

"กำลังสองของคาบการโคจรของดาวเคราะห์ใด ๆ เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสามของครึ่งแกนเอกของวงโคจร"

กฎข้อนี้เป็นกฎทางคณิตศาสตร์ที่เชื่อมโยงระยะทางเฉลี่ยของดาวเคราะห์จากดวงอาทิตย์ (ครึ่งแกนเอก) กับระยะเวลาที่ใช้ในการโคจรครบรอบ (คาบ) ซึ่งแสดงให้เห็นว่า ดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์มากกว่าจะใช้เวลาโคจรนานกว่า

Kepler’s Law Planetary Motion

กฎข้อที่ 1 (กฎของวงรี) “ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่โฟกัสจุดหนึ่ง”

กฎข้อที่ 2 (กฎของพื้นที่เท่ากัน) “ดาวเคราะห์เคลื่อนที่ตามวงโคจรไปในแต่ละช่วงเวลา 1 หน่วย เส้นสมมติที่ลากโยงระหว่างดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์ จะกวาดพื้นที่ในอวกาศได้เท่ากัน”

กฎข้อที่ 3: กำลังสองของคาบวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ แปรผันตาม กำลังสามของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ (p2/a3 = k, k เป็นค่าคงที่)

หัวใจหลักของทฤษฎีทอเลมี:

• โลกเป็นศูนย์กลาง (Geocentric)

• ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์โคจรรอบโลก

• การเคลื่อนที่แบบวงกลมซ้อนวงกลม (Epicycles)

• การเคลื่อนที่แบบเยื้องศูนย์กลาง (Eccentricity) และ จุดสมดุล (Equant)

• ผู้ริเริ่ม → ทิโค บราห์ (Tycho Brahe) นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ศตวรรษที่ 16

• แนวคิด → โลกอยู่ศูนย์กลาง, ดวงอาทิตย์–ดวงจันทร์โคจรรอบโลก, ดาวเคราะห์อื่นโคจรรอบดวงอาทิตย์

• แรงบันดาลใจ → ประนีประนอมระหว่างระบบปโตเลมี (โลกเป็นศูนย์กลาง) และโคเปอร์นิคัส (ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง)

• การค้นพบสำคัญ
  

  1. ดาวโนวา 1572 → ท้องฟ้าไม่คงที่

  2. ดาวหาง 1577 → เคลื่อนที่ไกลกว่าดวงจันทร์

  3. เก็บข้อมูลตำแหน่งดาวเคราะห์แม่นยำ → เคปเลอร์นำไปใช้สร้างกฎการโคจร

• 
  

• ความสำคัญ → เป็นสะพานเชื่อมระหว่างทฤษฎีเก่า–ใหม่ นำไปสู่กฎเคปเลอร์และทฤษฎีนิวตัน

15,28,30,36

1. กฎวงรี (Law of Ellipses)

• ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็น วงรี โดยมี ดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดโฟกัสหนึ่ง ของวงรี

2. กฎพื้นที่ (Law of Equal Areas)

• เส้นที่ลากจากดวงอาทิตย์ไปยังดาวเคราะห์จะกวาดพื้นที่เท่ากันในช่วงเวลาที่เท่ากัน

-แปลว่า ดาวเคราะห์จะ โคจรเร็วขึ้น เมื่ออยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ (perihelion) และ ช้าลง เมื่ออยู่ไกลดวงอาทิตย์ (aphelion)

3. กฎคาบวงโคจร (Law of Periods)

• กำลังสองของคาบการโคจร (T²) แปรผันตรงกับกำลังสามของระยะกึ่งแกนเอก (a³) ของวงรี

T^2 \propto a^3

-หมายถึง ดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลดวงอาทิตย์จะใช้เวลาโคจรรอบดวงอาทิตย์นานกว่าดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้

1. ผู้คิดค้น

• คลอดิอุส ทอเลมี (Claudius Ptolemy)

• นักดาราศาสตร์ ชาวกรีก-โรมัน (ราว ค.ศ. 100 – 170)เป็น ทฤษฎีแบบโลกเป็นศูนย์กลาง (Geocentric model)

• โลกอยู่ตรงกลางจักรวาล ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์โคจรรอบโลก ล้อมรอบด้วยวงกลมหลายชั้น (orbits)

1. ดวงจันทร์ 🌙

2. ดาวพุธ ☿

3. ดาวศุกร์ ♀

4. ดวงอาทิตย์ ☉

5. ดาวอังคาร ♂

6. ดาวพฤหัสบดี ♃

7. ดาวเสาร์ ♄

• นอกสุด → ทรงกลมแห่งดวงดาวคงที่ (Fixed Stars) ✨

• ถัดไป → สวรรค์/สรวงสวรรค์ (Prime Mover/Heaven)

4. จุดเด่น

• อธิบายการเคลื่อนที่ถอยหลัง (retrograde motion) ของดาวเคราะห์ ด้วย วงกลมเล็กซ้อนในวงกลมใหญ่ (epicycles)

• เป็นทฤษฎีที่ใช้มานานกว่า 1,400 ปี