اكتشاف حركة الكواكب - Planetary Motion

• سنة الاكتشاف 1609م

ما هو اكتشاف حركة الكواكب؟

• لا تدور الكواكب حول الشمس بمدارات دائرية، بل إهليليجية

من هو مكتشف حركة الكواكب؟

• يوهانيس كبلر Johannes Kepler

لماذا يُعد اكتشاف حركة الكواكب ضمن المائة العظمى للإكتشافات في العالم؟

حتى بعد تبسيطه وتصحيحه نموذج تركيب النظام الشمسي باكتشافه أن الشمس - لا الأرض، هي مركزه، افترض كوبرنيكوس (أسوة بمن سبقه من الفلكيين) أن الكواكب تدور حول الشمس بمدارات دائرية تماماً. وعليه ظلت الأخطاء تتوالى على قياسات تحديد مواقع الكواكب.

بخلاف غيره، قدم كبلر لمفهوم الإهليليجية ellipse باكتشافه أن الكواكب تدور في أفلاك إهليليجية قليلاً. وهكذا تمكن العلم من تقديم صور دقيقة لموقع وميكانيكا النظام الشمسي. يكفي كبلر فخرا أنه وبعد 400 سنة من التطورات العلمية الواسعة، فإن تصويرنا لحركة الكواكب هو ذاته الذي جاء به كبلر، وعلى الأرجح سيبقى كذلك إلى الأبد.

كيف تم اكتشاف حركة الكواكب؟

لما يقارب الألفي سنة، وضع العلماء الأرض في مركز الكون مفترضين أن جميع الأجرام السماوية تدور حولها بمدارات دائرية تماماً. لكن التوقعات والقياسات المبنية على هذا النظام كانت تتعارض دائماً مع القياسات الحقيقية، مما حدا بالعلماء إلى اختراع مفهوم الأفلاك التدويرية - على شكل دوائر صغيرة تدور حولها الكواكب، بينما تدور هي الأخرى حول المدارات الدائرية العظيمة لكل كوكب. ولكن ظلت الأخطاء تعاند العلماء، الذين استمروا من جانبهم بإضافة الأفلاك التدویرية الواحدة فوق الأخرى.

و أخيرا جاء الفرج على يد كوبرنيكوس الذي وضع الشمس في مركز النظام الشمسي، ولكنه استمر بافتراض أن الكواكب تدور في أفلاك مكتملة الدائرية. ففي وقت تم فيه رفع معظم المدارات الثانوية، استمرت الأخطاء في التخطيط الكوكبي بتراكمها.

ولد يوهانيس كبلر Johannes Kepler في جنوب ألمانيا عام 1571م أي 28 عاماً بعد إطلاق كوبرنيكوس لنظريته، ونشأ نشأة صعبة، فقد أحرقت خالته حية بتهمة السحر، وسرعان ما تلتها أمه. عاش الصبي كبلر طفولة عليلة وعانى ضعفاً في النظر فشلت المناظر الطبية في تصحيحه. رغم أنها الأخرى لم تخل من مشاكل، إلا أن كبلر حظي بدراسة جامعية متفوقة.

تقلد كبلر عام 1597م منصب مساعد لعالم الفلك الألماني الشهير تایکو  برا Tycho Brahe، والذي كان حينها يقوم بقياس مواقع الكواكب (وخصوصا المريخ) بأدق من كافة أقرانه الأوربيين. وبعد وفاته عام 1601م، ترك تايكو لمساعده الشاب ميراثاً قيماً من الملاحظات والجداول المتعلقة بدراسات الكواكب.

رفض كبلر نموذج المدارات المتداخلة للكواكب وقرر تصميم مدار للمريخ يتوافق مع بيانات تایکو. لقد كان لا يزال خطرة القول بمركزية الشمس. فقد أفزع العلماء المصير الذي آل إليه العالم فریار جيوردانو برونو Friar Giordano Bruno  الذي أُحرق حياً من قبل الكنيسة الكاثوليكية جزاء اعتناقه لأفكار كوبرنيكوس. وفي وقت لم يجرؤ فيه أحد من العلماء على دعم هذه الفكرة الراديكالية، أصر كبلر على اعتماد نموذج كوبرنيكوس وبيانات تایكو في دراسته للكواكب..

عبثاً حاول كبلر العديد من التجارب والطرق الرياضية، فقد باءت جميعاً بالفشل. وحال ضعف بصره دون إتيانه بملاحظات فلكية خاصة به، فاضطر أن يعتمد تماماً علی قياسات سلفه العالم تایکو. في عز إحباطه ذاك، توصل كبلر إلى فكرة لم تكن لتخطر على البال: المدارات الكوكبية ليست دائرية تماماً! إن هذا هو التفسير الوحيد القراءات تایکو الكوكب المريخ. .

لاحظ كبلر بأن افتراض مدارات إهليليجية (دوائر متطاولة) يتطابق بشكل أضبط مع الحركة الكوكبية المقاسة من قبل تایکو. فأصبحت المدارات الإهليليجية تلك أول قانون لكبلر. ثم تبعه بقانون ثانِ مؤداه أن سرعة دوران کل کو کب تتغير طبقاً لبعده عن الشمس. فكلما كان الكوكب أقرب، كلما كانت السرعة أكبر.

نشر كبلر اكتشافه عام 1607 م، تلاه بثمانية عشر عاماً من الحساب لجداول مفصلة عن حركة الكواكب الستة المعروفة وقتذاك. وكان هذا أول تطبيق عملي لجداول اللوغاريتم التي سبق أن اكتشفها الاسكتلندي جون نابييرª" John   Napier" خلال أولى سني عمل كبلر. وبجداول الحساب هذه (و التي تطابقت تماماً مع حسابات تحديد مواقع الكواكب) أثبت كبلر اکتشافه للحركة الحقيقية للكواكب.

حقائق طريفة: دعي بلوتو الكوكب التاسع لمدة 75 عاماً، منذ و اكتشافه عام 1930م"ªª. إن مدار بلوتو هو الأقل دائرية (أي الأكثر إهليليجية)، قياساً بجميع الكواكب الأخرى. فأبعد نقطة منه هي على مسافة 4.7 بليون كم عن الشمس، بينما تبعد أقرب نقطة منه 4.34 كم فقط. وعندما يكون بلوتو عند أقرب نقطة، فان مداره ينسل داخل مدار کو کب نبتون. لمدة 20 سنة من کل 248، يقترب بلوتو من الشمس أكثر من نبتون - وهو ما حصل تماماً خلال أعوام 1999 - 1979 م. إذن، خلال هذه الفترة كان بلوتو الكوكب الثامن وليس التاسعªªª.