עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > אסטרונומיה [מדעי החלל] > גרמי שמים > מערכת השמש
מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכיתאוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי



תקציר
על התפתחות המחקר האסטרונומי מימי קדם, והתגליות השונות ששינו את המחשבה והידע האנושי ואת תמונת העולם שלנו.



מערכת השמש : מחקר היסטורי
מחבר: ד"ר יואב יאיר


משחר ההיסטוריה האנושית היו השמש, הירח והכוכבים מושא לסגידה ולסקרנות. בני-האדם חשבו שכדור-הארץ הוא נזר הבריאה ומרכז היקום. אולם, עם התפתחות התרבות והמדע, החלו הרעיונות לעבור שינויים.

ימי קדם

בעיניהם של הקדמונים היו המראות והמאורעות בשמים ביטוי למעשיהם ולעוצמתם של האלים. ואכן, בכל התרבויות הקדומות אנו מוצאים פולחן של גרמי השמים ואלים מיוחדים לירח, לשמש ולכוכבים. מבנים ענקיים שימשו אתרי פולחן דתיים לאלי השמים, כמו סטונהנג' בדרום אנגליה.

אילו גופים שמימיים הכירו בני-האדם משחר הבריאה? אפשר לשער שהם הכירו את המראה של השמים זרועי הכוכבים, המסודרים בצורה כמעט קבועה וחוזרת על עצמה. הם העניקו לצורות מסוימות שמות של חפצים ושל בעלי-חיים וסיפרו אגדות על הגיבורים בכוכבים. הם הכירו גם אילו קבוצות מופיעות בכל עונה וידעו אף לקשור את הופעתם של כוכבים מסוימים למאורעות אקלימיים, כגון: הפשרת שלגים, גיאות נהרות וזמני קציר וזריעה.

הקדמונים הכירו את המחזוריות של עונות השנה ושל מופעי הלבנה והשתמשו בהם כבסיס למדידת זמן.

לוחות שנה קדומים של השומרים ושל הבבלים, שחיו באזור מספוטמיה (עיראק של ימינו), מראים רישום מדויק של מחזורים אלה.

מחפירות ארכיאולוגיות התברר שהקדמונים ידעו לזהות את המחזורים של ליקויי השמש והירח והכירו את תנועתם של 5 כוכבי-לכת: כוכב-חמה, נוגה, מאדים, צדק ושבתאי.
הבבלים אף ידעו לחזות את מועדיהם של הליקויים לאלפי שנים!

מה חשבו היוונים?

המאה ה-5 עד המאה ה-2 לפני הספירה.
רעיונותיהם של היוונים על מבנה השמים ועל היקום השתנו והתפתחו במשך השנים. הפילוסוף תאלס שחי כ-600 שנים לפני הספירה, האמין, למשל, שהארץ היא שטוחה, מעין אי המוקף בים אינסופי. תלמידו, אנכסימנדר, טען שהארץ היא דמוית גליל, המוקף בכדור מלא כוכבים.

הפילוסוף והמתמטיקאי הגדול, פיתגורס, שחי במאה ה-6 לפני הספירה, קבע שהארץ היא כדור, המוקף ב-7 כדורי בדולח, ובתוכם השמש, הירח, כוכבי-הלכת והכוכבים הקבועים.

אריסטרכוס מסאמוס, בן המאה ה-3, היה הראשון שניסה לחשב את מרחקו של כדור-הארץ מהירח. הוא טען שכדור-הארץ סובב סביב השמש, כפי שאנו יודעים היום. תפיסתו החדשנית שעמדה בניגוד למקובל באותה תקופה, הושמה ללעג ובוטלה מכל וכל.

אריסטו (384-322 לפני הספירה)
אריסטו היה אחד מענקי הפילוסופים היווניים. הוא כתב ולימד פילוסופיה, היסטוריה, מדע המדינה, תורת המוסר וכן שירה, דרמה ונושאים אחרים. על אף שלא היה מדען, עסק אריסטו גם בביולוגיה, בפיסיקה ובאסטרונומיה. הוא ניסה להבין את היקום, אך גישתו הייתה פילוסופית. לפיכך, הוא ייחס תכונות כמו "טוהר" ו"שלמות רוחנית" לכוכבים, לירח ולשמש.

אריסטו טען שהארץ היא מלוכלכת, נתונה לשינוי, לא טהורה ורחוקה משלמות. הוא ידע שהארץ היא כדורית, אך הניח שהיא ניצבת ללא נוע במרכז היקום. סביב הארץ, בתוך 54 כדורי בדולח שקופים וזכים, נעים כל גרמי השמים: הירח, השמש וכוכבי-הלכת. הכדור החיצוני והמושלם ביותר הוא של הכוכבים הקבועים. ככל שמתרחקים מהארץ לעבר היקום, דרגת השלמות והטוהר עולה.

המדע המודרני, שמתבסס על תצפיות בטבע, הוכיח שרבות מקביעותיו של אריסטו היו שגויות ומוטעות. למרות זאת, בשל השפעתו הרבה, נשארו הדברים שכתב אריסטו, יסוד למדע ולתרבות המערבית במשך כמעט אלפיים שנה.

המערכת המעגלית של תלמי

בערך 140 לפני הספירה.
תלמי היה מתמטיקאי ואסטרונום ממוצא מצרי או יווני. הפרטים האישיים אודותיו אינם ידועים, אך ידוע שחי ופעל במאה ה-2 לפני הספירה באלכסנדריה, עיר נמל מצרית לחופי הים התיכון.

באותה העת שלטה בעולם העתיק התפיסה היוונית, לפיה הכוכבים והרקיע הם עולם מושלם ובו תיאום מופלא. הארץ נחשבה למרכז, וסביבה נעו כל הגופים במעגלים מושלמים - צורה סימטרית ויפה.

בספרו "חיבורים מתמטיים", המציא תלמי מבנה של מעגלים בתוך מעגלים כדי לחזות תופעות שונות במסלולי כוכבי-הלכת, שהיוונים לא הצליחו להסביר. ההסבר שלו היה מורכב ומסובך, אבל אפשר היה לחזות בעזרתו את תנועת הכוכבים באופן מדויק למדי.

התבנית, שהגה תלמי לתיאור תנועת כוכבי-הלכת, הייתה מוטעית, אך שימשה את האסטרונומים של תקופתו בצורה טובה. לכן, למרות הסרבול והסיבוך היא נשארה הדגם המוצלח והאמין ביותר של מערכת השמש.

ימי הביניים - הכנסייה נגד שינויים

עד שנת 1200 לספירה.
לאחר מותו של תלמי תמה האסטרונומיה היוונית. עם התפשטות הממלכות הערביות במזרח התיכון ובאירופה, היו אלה המלומדים המוסלמים שתרגמו ועיבדו את ספריו של תלמי לערבית. ספרו הידוע, "חיבורים מתמטיים", קיבל את השם הערבי "אלמגיסטי" ("הגדול מכולם"), ותפיסתו התקבלה ללא ערעור.

החל משנת 1200 החלו הנוצרים בספרד לדחוק את רגלי המוסלמים, ובמקביל החלו לתרגם את אוצרות התרבות שלהם ללטינית. כך הפך שם ספרו של תלמי ל"אלמג'סט", ושימש כיסוד לתפיסה הגיאוצנטרית, ששלטה עד סוף ימי הביניים. תפיסה זו התאימה לאמונת הכנסייה הנוצרית, לפיה כדור-הארץ הוא מרכז הבריאה האלוהית, וכל מי שהעז לכפור בכך - כאילו כפר באל ובכנסייה, ודינו נגזר למות.

אך בעוד שבאירופה כפה שלטון הפחד של הכנסייה מגבלות על האסטרונומיה, הייתה במקומות אחרים בעולם התקדמות רבה.

תרבויות המאיה והאצטקים, במרכז אמריקה ובדרומה, בנו פירמידות ומצפי כוכבים והנציחו את תנועת גרמי השמיים בלוחות שנה מורכבים. לכבוד מיוחד זכו כוכב-הלכת נוגה וצביר הכוכבים כימה (הפליידות).

במזרח הרחוק היו אלה הסינים אשר ניהלו רישום מדויק של מאורעות שמימיים. כך למשל, מצאו החוקרים ברשימות של החצר הקיסרית הסינית תיעוד של התפוצצות הסופר-נובה הגדולה בקבוצת סרטן בשנת 1054.

המהפכה הגדולה - ניקולס קופרניקוס

1543-1473
המהפכה הגדולה בתפיסת היקום התרחשה תודות לנזיר הפולני - ניקולס קופרניקוס. הוא פרסם ספר ובו טען שבמרכז מערכת השמש נמצאת השמש ולא כדור-הארץ!

תפיסה זו נקראת "התפיסה ההליוצנטרית": "הליו" - פירושו "שמש", "צנטרי" - פירושו "מרכזי". על-פי תפיסה זאת כוכבי-הלכת מקיפים את השמש ולא את כדור-הארץ.

קופרניקוס התייתם בגיל צעיר ואומץ על-ידי דודו, שהיה בישוף מכובד ורב השפעה. הוא נשלח למיטב האוניברסיטאות בפולין ובאיטליה, ושם למד רפואה, משפטים, מתמטיקה ואמנות. לבסוף הוסמך גם לכמורה. קופרניקוס גילה עניין רב באסטרונומיה וחקר את דברי אריסטו ותלמי, שטענו שכל הגופים השמימיים - השמש, הירח וכוכבי הלכת - מקיפים את כדור-הארץ.
זו הייתה גם הדעה הרשמית של הכנסייה.
כל העולם קיבל את דברי אריסטו והאמין בהם. האנשים אהבו כמובן, את המחשבה שכדור-הארץ נמצא במרכז היקום.

קופרניקוס הגיע למסקנה שתורה זו אינה נכונה. הוא חישב ומצא שהשמש נמצאת במרכז! כל שאר הכוכבים, וגם כדור-הארץ, כמובן - מקיפים אותה. אולם, מפחד הכנסייה הוא נזהר ולא פרסם את תוצאות חישוביו.

רק לפני מותו הסכים קופרניקוס שיפרסמו את תורתו, ותלמידו אכן העתיק את כתב-היד וערך אותו. על ערש דווי כשהוא חולה וסובל, זכה קופרניקוס לראות פעם אחת ויחידה את ספרו.

הספר, שנקרא "על ההקפה של הגופים השמימיים", חולל מהפכה עצומה במחשבה המדעית: כדור-הארץ ירד מגדולתו, והפך לאחד מכוכבי-הלכת, ממש כמו נוגה או מאדים, ואילו השמש - היא זו שבמרכז!

היום נראה לנו מובן מאליו שהשמש נמצאת במרכז מערכת השמש... אך חשוב לזכור שבמשך אלפי שנים כלל לא הייתה קיימת "מערכת השמש" בתפיסה המדעית אלא הייתה רק "מערכת הארץ"!
למרות התנגדותה העזה של הכנסייה, הפכה התפיסה ההליוצנטרית (השמש במרכז) למקובלת בעולם המדע. על כך יש להודות למספר אסטרונומים דגולים, שלא חששו להאמין בתצפיותיהם: טיכו ברהא, יוהנס קפלר וגלילאו גאליליי.

טיכו ברהא

1601-1546
האסטרונום המפורסם ביותר באירופה בסוף המאה ה-16 ותחילת המאה ה-17, היה הדני - טיכו ברהא. בהיותו בן למשפחת אצילים דנית, קיבל טיכו מתנה מהמלך כריסטיאן - אי קטן, ועליו הוא בנה את מצפה הכוכבים המשוכלל ביותר באותה העת. טיכו היה צופה חרוץ וקפדן ורשם את המיקום המדויק של יותר מ-1000 כוכבים. היו לו מכשירים מצוינים במצפה הכוכבים הפרטי שלו, והוא ניהל תצפיות על כוכבי-הלכת ותנועתם וניסה להבין את מסלוליהם.

לקראת שנת 1600 עזב טיכו את האי שלו ונדד עם פמליה ענקית אל חצר הנסיך בבוהמיה (צ'כיה). הוא התיישב בטירה ליד העיר פראג, ושם המשיך בתצפיותיו. טיכו ניהל התכתבות ממושכת עם קפלר, המתמטיקאי הגרמני הצעיר, ולאחר שנפגשו הסכים למסור לו את נתוני המסלולים של כוכבי-הלכת, שבהם צפה. טיכו ידע שלא יצליח לפענח בעצמו את סוד המסלולים. הוא מת מספר שנים אחר-כך, ועל ערש דווי השביע את קפלר שימשיך את עבודתו ויביא לכך שכל שנות התצפית הארוכות שלו לא יירדו לטמיון.

יוהנס קפלר

1630-1571
יוהנס קפלר חי ופעל בגרמניה בראשית המאה ה-17. הייתה זו תקופה גועשת של מלחמות ושל אי סדר חברתי. ימי הביניים הסתיימו זה מכבר ועידן חדש פרץ: עידן של שגשוג למדע ולאמנות.

קפלר היה מתמטיקאי ומומחה לחישובים וגם אסטרונום וחוקר כוכבים. הוא הצליח לשלב בגאוניות שני תחומים אלה - אסטרונומיה ומתמטיקה, ובכך חולל מהפכה במדע ותרם לו תרומה עצומה.

הוא היה הראשון שהצליח למצוא שלושה חוקים פשוטים, שבעזרתם אפשר לדעת במדויק את תנועתם של כוכבי-הלכת סביב השמש ולחזות אותם. חוקים אלה קרויים עד ימינו בשם "חוקי קפלר", והם נתנו ביטוי מתמטי מדויק לתורה ההליוצנטרית (השמש במרכז) של קופרניקוס.

קפלר הגרמני שמע על התצפיות של טיכו ברהא הדני ועל המכשור המדויק שלו והתחיל להתכתב עמו. הוא רצה מאוד לקבל מברהא מידע ונתונים על תנועת כוכבי-הלכת, אולם ברהא היה "קמצן" ולא סיפר יותר מדי על תצפיותיו.

לאחר התכתבות ממושכת נפגשו קפלר וברהא בשנת 1600 בחצר הדוכס של בוהמיה. המפגש היה מתוח והשניים נקלעו למריבות איומות. למרות זאת, הם הצליחו לעבוד יחד - קפלר היה צריך את הנתונים המדויקים של טיכו ברהא, וטיכו ברהא היה זקוק למוחו המבריק של קפלר.

אלמלא פגישתם של קפלר וברהא ספק רב אם היה קפלר מצליח לגלות את שלושת החוקים המפורסמים שלו. את תוצאות עבודתו הוא פרסם בספרים "אסטרונומיה חדשה" ו"ההרמוניה של העולם", שהיו לספרים מבוקשים בכל אירופה והסעירו את כל מדעני התקופה.

גלילאו גאליליי

1642-1564
גלילאו גאליליי, שחי לפני כ-400 שנים בצפון איטליה, היה פיסיקאי, אסטרונום, פרופסור למתמטיקה וממציא בעל ידי-זהב.
גלילאו בנה טלסקופים וגילה בעזרתם תגליות חשובות בתחום האסטרונומיה. הוא הצליח לנסח חוקים פיסיקליים חשובים, העוסקים בתנועת גופים, והוכיח כי בתורתו של אריסטו, שהייתה מקובלת בתקופתו, יש שגיאות. לגלילאו הייתה גישה חדשה למחקר המדעי, והוא התנגד לשיטתם של מדענים אחרים בתקופתו, שהסתמכו על תורתו של אריסטו היווני.

מחקריו של גלילאו התבססו על ניסויים ועל תצפיות שערך בעצמו. הוא נעזר במכשירים שהמציא (מד-חום ומאזניים מיוחדים) או ששכלל (טלסקופ). בספריו תיאר את כל שלבי המחקר ואת תוצאותיו. בכך הניח את היסוד לשיטות העבודה של המדען המודרני.
בשנת 1610 כתב גלילאו את הספר "שליח הכוכבים", ובו תיאר את תצפיותיו בטלסקופ על הירחים של צדק ועל הירח של כדור-הארץ.

הוא גילה שלצדק יש 4 ירחים, המקיפים אותו. הוא צפה בהרים שעל-פני השטח של הירח וכן זיהה את המופעים של כוכב-הלכת נוגה (כמו מופעי הירח הנראים מכדור-הארץ). הוא צפה גם בשביל החלב ובכתמי השמש.
תגליותיו המדהימות של גלילאו זעזעו את הממסד המדעי ואת הכנסייה: הוא הראה שהשמים אינם כל-כך מושלמים - הם משתנים! יש הרים על הירח, כתמים על השמש... וכדור-הארץ איננו במרכז!

גלילאו היה המדען הראשון שאימת בתצפית את התפיסה של קופרניקוס. הוא זכה לעידוד נלהב של קפלר בן-תקופתו, אך נקלע לעימות חזיתי עם אנשי הכנסייה. הכמרים והבישופים לא אהבו את רעיונותיו של גלילאו, עד שגזרו עליו מאסר בית.

האסטרונומיה המודרנית

הידע על גבולותיה של מערכת השמש לא השתנה מאז ימי גלילאו במשך יותר מ-150 שנה, עד שבשנת 1781 התגלה כוכב-הלכת אורנוס על-ידי האסטרונום האנגלי, וויליאם הרשל. תגלית זו כמעט הכפילה את גודלה של מערכת השמש: מסלולו של שבתאי הוא "רק" במרחק של כ-9.5 יחידות אסטרונומיות מהשמש, בעוד זה של אורנוס הוא כמעט כפול: כ-19.2 יחידות אסטרונומיות.

השתכללות הטלסקופים והדיוק הגובר של התצפיות הוסיפו מידע רב ומדויק יותר על המסלולים של כוכבי-הלכת. חישובים הראו שמעבר לאורנוס שוכן כוכב-לכת נוסף, אשר כוח-המשיכה שלו גורם לסטיות קלות של אורנוס ממסלולו.

כוכב-הלכת הזה התגלה בשנת 1846 על-ידי האסטרונום הגרמני, יוהאן גל, לאחר שהצרפתי, אורבן לה-ווריה, ניבא במדויק את מיקומו.

כוכב-הלכת החדש קיבל את השם "נפטון". מעניין שבדיקת רישומיו של גלילאו, שנעשו בשנת ,1613 גילתה שהוא ראה את נפטון, אולם לא זיהה שזהו כוכב-לכת, אלא סבר שזהו כוכב רגיל.

הגבול החיצוני של מערכת השמש שלנו, המקובל היום, נקבע בשנת, 1930 כאשר האסטרונום האמריקני, קלייד טומבו, גילה את כוכב-הלכת התשיעי, הלא הוא פלוטו. היה זה לאחר "מסע חיפושים" ארוך אחר כוכב-הלכת החסר, בעידודו ובטיפוחו של המיליונר האמריקני, פרסיבל לוואל (הידוע מפרשיית התעלות במאדים).

קראו עוד:

מערכת השמש
מערכת השמש : מחקר היסטורי (פריט זה)
מערכת השמש : מחקר מודרני
מערכת השמש : אגדות וסיפורים

ביבליוגרפיה:
כותר: מערכת השמש : מחקר היסטורי
שם  התקליטור: המסע המופלא אל החלל : מסע וירטואלי לחקר היקום
מחבר: יאיר, יואב (ד"ר)
עורכת התקליטור: סביר, בילי
תאריך: 2001
הוצאה לאור: מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית; אוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי
הערות: 1. ניהול מדעי ודידקטי : ד''ר רחל מינץ.
2. ניהול הפיתוח: שי ליטבק.
3. תחקיר ועריכה: בילי סביר.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית