KURZUS: Fizikatörténet

MODUL: Az ókor természettudománya

1.7. lecke: Ókori kozmoszkép I. / A Föld alakja és mozgása

Cél: A lecke célja, hogy megértsük, milyen megfigyelések álltak az ókori ember rendelkezésére és ebből milyen következtetéseket vont le a Föld alakjával és mozgásával kapcsolatban. Megvizsgáljuk, hogyan jöttek rá az ókorban a Föld gömb alakjára és hogyan mérték meg kerületét. Azt is megértjük, miért tartottak ki az ókorban a Föld nyugvó volta mellett. Meglátjuk, hogy ez nem az ókori ember korlátoltságának, gyenge gondolkodóképességének következménye, hanem a rendelkezésére álló megfigyelési tények korlátaiból következik.

Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes önállóan:

  • Felírni legalább 5 alapvető jelenséget, melyet az ókori ember szabad szemmel is megfigyelhetett az égitestek mozgásával kapcsolatban.
  • Megnevezni legalább 3 fontos eredményt az égitestek mozgásával kapcsolatban, mellyel már az ókor elején rendelkeztek a fejlett civilizációk.
  • Leírni (lerajzolni) két jelenséget, mely alapján már az ókori görögök biztosak voltak abban, hogy a Föld gömb alakú.
  • 4-5 mondatban elmagyarázni, miért vetették el az ókori görögök a Föld forgásának ötletét.

Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 50 percre lesz szüksége.

Tevékenység:

1.Nézze meg a fiztort_04_okori_kozmoszkep videót az elejétől 38:46-ig. Ebben a részben a prezentációt a fiztort_04_okori_kozmoszkep.pdf fájl 1-15. oldalai közti rész tartalmazza. A videó nézése közben a következő témák megértésére figyeljen különösen (ha szükségesnek tartja, jegyzeteljen egy füzetbe):
    • Milyen csillagászati megfigyelések álltak az ókori ember rendelkezésére? Hogyan nehezítették ennek korlátai a valódi törvényszerűségek felfedezését?
    • Miért gondolták az ókor elején azt, hogy a Föld lapos és hogyan jöttek rá, hogy gömb alakú?
    • Miért vetették el a Föld forgásának, mozgásának lehetőségét az ókorban?
2.A prezentációs fájl átolvasásával frissítse fel az előadásban hallottakat, különösen figyelve az előbbi kérdésekre.
3.Válaszoljon a lentebbi "Önellenőrző kérdések"-re. A cél most az 50%-osnál jobb eredmény elérése.
4.Olvassa el a lenti "Követelmények"-et és döntse el, képes lenne-e azok teljesítésére.
5.Ha az előző két pontban hiányosságok merültek fel, vegye elő újra a prezentációt vagy az előadás-videót.
6.Ha ismereteit mélyíteni szeretné, olvassa el Simonyi könyvéből az 1.3.3. és 1.4.2. fejezeteket.
Önellenőrző kérdések
1. Miért látták alapvetően különbözőnek az ókorban az "állócsillagokat" és a "bolygócsillagokat"? Válassza ki a helyes megoldást!
Azért, mert (szabad szemmel megfigyelve) az állócsillagok egymáshoz képest évszázadok alatt sem változtatják helyzetüket, de a bolygócsillagok már akár 3-4 nap alatt is jól láthatóan elmozdulnak az állócsillagokhoz képest.
Azért, mert (szabad szemmel megfigyelve) az állócsillagok egymáshoz képest évszázadok alatt sem változtatják helyzetüket, de a bolygócsillagok már akár 10-20 perc alatt is jól láthatóan elmozdulnak az állócsillagokhoz képest.
Azért, mert az állócsillagok fénye sokkal egyenletesebb, nyugodtabb volt, míg a bolygócsillagoké jól láthatóan ingadozott.
Azért, mert megfigyelték, hogy a bolygócsillagok változó hatást gyakorolnak az emberi jellemekre és sorsokra, míg az egyedi csillagoknak nincs ilyen hatása.
2. Milyen módon szolgáltatott bizonyítékot a Föld gömb alakja mellett a holdfogyatkozások részletes megfigyelése! Válassza ki a helyes megoldást!
Megfigyelték, hogy a Föld Holdra vetett árnyékának széle mindig körív alakú. Ez csak akkor lehetséges, ha a Föld gömb alakú.
A holdfogyatkozás csak akkor következhet be, ha a Hold és a Nap épp ellentétes irányban állnak a Földről nézve. Lapos Föld esetén ez elképzelhetetlen lenne.
A holdfogyatkozások alapján először csak a Hold gömb alakjára következtettek, és innen analógia alapján mondták, hogy akkor a Föld is biztos gömb alakú.
Az állítás hamis: a holdfogyatkozásoknak nem volt szerepe a Föld gömb alakjának felismerésében, bizonyításában.
3. Hogyan kapcsolódott a peripatetikus dinamika ahhoz, hogy a Földet az ókorban állónak gondolták az emberek? Válassza ki a helyes megoldást!
A peripatetikus dinamika szerint a földi testek természetes állapota a nyugalom, ezért ha forogna a Föld, a felszínen levő tárgyak meg akarnának állni, azaz érezhető lenne a forgás hatása. Mivel ilyet nem érzünk, ezért nem foroghat a Föld. (Gondolták az ókorban.)
A peripatetikus dinamika szerint a Föld kőzeteit alkotó föld alapelem lefelé törekszik, a víz efölé kerül, stb. A Föld forgása mindezt összekavarná, ezért nem lehetséges.
Az állítás hamis: Nem volt a két dolog (peripatetikus dinamika és a Föld forgása) közt kapcsolódási pont.
A peripatetikus dinamika már az ókorban is szorosan kapcsolódott vallási elképzelésekhez. A Föld forgását pedig már akkor vallásilag elfogadhatatlannak tartották a papok, ezért a peripatetikus dinamika is a Föld mozdulatlanságát hirdette.
1. Égi és földi dolgok kapcsolata

Az ókori ember (de valószínűleg már az őskori is) megfigyelte, hogy az égi jelenségek igen megbízhatóan következnek egymás után. A mezopotámiai vagy a kínai megfigyelések sok évszázadra visszamenően igazolták, hogy a Hold fényváltozásai, a napkelte irányának folytonos változása, a bolygók mozgása mind-mind azonos módon zajlik amióta a feljegyzések tartanak. Ennek a rendezett viselkedésnek felel meg a "kozmosz" szó is, ami görögül "rend"-et jelent.

Ahogy azt a peripatetikus dinamikánál elmondtuk, Arisztotelész és a kortársak nagy része szerint az égi és földi mozgások alapvetően eltérő természetűek, azaz az égben és a Földön különbözőek a fizika törvényei. Létezett azonban olyan irányzat is, mely az égi és földi dolgok egységét hirdette. Bár ma már tudjuk, hogy utóbbinak volt igaza, mégis az ókori ember számára rendelkezésre álló megfigyelésekből inkább lehetett az Arisztotelészhez hasonló következtetésre jutni, és a többség tényleg ezt fogadta el. Az égi és földi dolgok egységes természete inkább csak mint metafizikus kijelentés, a világ egységébe vetett hit volt az ókorban, mely később ugyan tudományos igazolást nyert, de az ókorban nem volt bizonyítható.

2. Alapvető megfigyelési tények és eredmények

Az ókori ember számára nem álltak rendelkezésre a mai csillagászat eszközei és módszerei, pl. nem volt távcsöve, nem ismerte a mechanika valódi alapelveit. Ilyen körülmények közt az alapvető megfigyelési tények, amit minden ókori kultúra észrevett, a következők voltak:

  • Az égitestek kb. 1 nap alatt körbejárnak. (Még ma is így mondjuk a hétköznapokban: "Felkelt a Nap.", "A Nap delelőre ért.")
  • Az égitestek egy része kis fénypont, melyek egymáshoz képest nem változtatják helyzetüket és fényességüket még sok évezredes megfigyelések alatt sem ("állócsillagok", röviden "csillagok").
  • Más égitestek csillagszerűek, de a csillagokhoz képest folytonos, bonyolult mozgást végeznek, mely már néhány nap eltéréssel történő megfigyeléssel észlelhető ("bolygócsillagok", röviden "bolygók").
  • Két égitest nem pontszerű, sok fényt adnak, de ezek is körbejárnak (Nap és Hold).
  • A Föld mozgására utaló jel nincs, nem érzünk semmit.
  • Mindez generációk óta egyformán így történik.
  • A Föld minden pontjáról ugyanúgy látszik minden.

Ma már tudjuk, hogy e tények egy része mögött az áll, hogy a csillagászati méret- és időskálák sokkal nagyobbak a földieknél (pl. a legközelebbi csillag is több tízmilliószor messzebb van, mint a Föld átmérője), továbbá a bolygók, köztük a Föld is változó sebességű ellipszispályán keringenek a Nap körül, de e bolygópályák mérete a csillagok távolságának töredéke. A legfontosabb ismeret azonban, ami nekünk már megvan, az ókorban meg még hiányzott az az, hogy a mozgás közben fellépő erők nem a sebességtől, hanem a gyorsulástól függnek. A Föld forgásából, keringéséből nagy sebességek adódnak, de kicsi gyorsulások, ezért nem érezzük azok hatását.

A nehézségek ellenére az ókori csillagászat számtalan helyes és precíz megfigyelési eredménnyel büszkélkedhet. Valószínűleg már az őskorban ismertek voltak a Nap kelési és nyugvási irányainak és az évszakok változásának összefüggései, de a Mezopotámiai kultúrkör sok évszázados megfigyeléssorozattal pontosan meg tudta határozni az év hosszát, a Hold fényváltozásainak periódusát és több hasonló paramétert. Ezeket az ismereteket a mezőgazdaságban, a navigációban és a térképészetben is felhasználták. Sok érdekes, egyedi eseményt is feljegyeztek, mint pl. "új csillagok" feltűnését (szupernóvák), üstökösöket, nagyobb napfoltokat, napfogyatkozásokat.

3. A Föld alakja

Közismert, hogy a legősibb elképzelés a Föld lapos voltáról szól. Mára ez a butaság, műveletlenség szinonimájává is vált: "Ez még mindig azt hiszi, hogy a Föld lapos!" Azonban ha nem ítélkezünk elhamarkodottan, rájöhetünk, hogy amíg az ember a kor technikai korlátai miatt csak pár száz, esetleg 1-2 ezer km-es körzetről tudott információt szerezni még a "nagy utazóktól" is, akkor a Föld lapos voltát feltételezni nem is olyan nagy hiba.

Anaximandrosz i. e. 6. századból származó térképén látszik, hogy a Földközi tengert, Észak-Afrikát, Kis-Ázsiát, a Közel-Keletet és Európa déli-délkeleti részét ismerték. Ezt egy mai földgömbre rárajzolva láthatjuk, hogy ez a terület olyan kicsi részt alkot a 6370 km sugarú Földön, mely jól közelíthető egy síkból kimetszett darabbal.

Tudomásunk szerint az i. e. 5-6. század környékén vetették fel a pitagóreusok elsőként, hogy a Föld gömb alakú. Ez illeszkedett a világfelfogásukba, hisz a gömb volt a "legtökéletesebb", legszimmetrikusabb alakzat, de konkrét bizonyítékuk is volt. Megfigyelték ugyanis, hogy nyugodt vízfelszín esetén a parttól távolodó hajóknak először a hajóteste, aztán a vitorla alja, végül a vitorla teteje tűnik el a látóhatár alatt.

Ez jól magyarázható volt azzal, hogy a tenger felszíne görbült. A megfigyelést több irányban is elvégezték, ami mindig egyformán látszódott, azaz a Föld minden irányban egyformán görbült. Ez teljesen jól magyarázható volt a Föld gömb alakjával.

Kicsit később (talán az i. e. 4. században) azt is észrevették, hogy holdfogyatkozáskor a Föld árnyéka a Holdon mindig egy kört alakot rajzol ki (pontosabban annak egy részét, ami ráfér a Holdra). Mivel ez minden holdfogyatkozáskor így volt, ezért a Föld csak olyan alakú lehet, aminek minden irányból vett árnyéka kör, de ilyen alak csak egy van: a gömb.

A görögök azonban továbbmentek ennél: többen, különféle csillagászati szögmérésekre alapozva meg is mérték (megbecsülték) a Föld kerületét. Az egyik leghíresebb ezek közül Eratosztenész mérése az i. e. 3. századból, aki mai egységekben kb. 40000 km-t kapott, ami meglepően pontos eredmény. Mások 30000 és 40000 km közti értékekre jutottak az évszázadok során.

Az tehát, hogy a Föld gömb alakú, nem volt kérdés az ókor végére, hanem minden művelt ember számára elfogadott ténnyé vált, még ha a direkt kísérleti bizonyíték (hogy valaki körbe is hajózza) hiányzott is.

4. A Föld mozgása

Amennyiben a Föld gömb alakú és szabadon lebeg, akár mozoghat is. Ezt a lehetőséget azonban elvetették az ókorban, mert azt hitték, hogy a mozgásnak, forgásnak mindenképp lenne érezhető hatása a felszínen, pl. a fák a forgás irányával ellentétesen dőlnének. Erre az eredményre jutunk a peripatetikus dinamika alapján is, hisz eszerint a földi élettelen tárgyak mozgásának fenntartásához erőre van szükség. De a mai ember is nehezen hiszi el először, hogy a Magyarország területén 1000 km/h-nál is nagyobb forgási sebesség nem okoz érezhető hatást.

Az is fontos tény, hogy az ókorban nem voltak ismertek a bolygópályák és az égitestek méretei, ezért azt hitték, hogy a Hold, a Nap és a bolygók legfeljebb 1-5 földátmérőnyire vannak, és a csillagok se messzebb, mint 10 földátmérő. Ebben az esetben a Nap és a Hold a Földnél sokkal kisebbnek adódik, a csillagok pedig még kisebbek ezeknél is, tehát teljesen ésszerű, ha a sok kicsi égitest keringését feltételezzük a mindegyiknél sok százszor nagyobb térfogatú Föld körül, mintsem hogy a Földnek tulajdonítsunk mozgást.

Láthatjuk, hogy a nyugvó Föld elképzelés nem a butaság terméke, hanem a kor tudományos szintjén egy logikus elmélet.