コペルニクス(1473-1543)は、どのようにして地動説に行きついたのか興味が湧きました。本人によるヒラメキの記述は無かったようですので、「コペルニクス:オックスフォード(オックスフォード 科学の肖像)、大月書店」に従って紹介します。
(A)コペルニクス以前:西暦100年頃、プトレマイオス(エジプトのプトレマイオス朝とは異なる)が示した天体の動きが、その後千年以上に渡り天文学の教科書となります(これはこれでスゴイですね)。
簡単に紹介すると、星はいつも東から西に動いているので、地球の周りを周回していると思えるが、惑星には逆行という変な動きが有り、単に地球の周りを回っているとは思えない。
そこでプトレマイオスは次のように考えます。
惑星は、地球の周りを回る従円の上を動く周転円上を動いている。
(B)コペルニクス前夜、レギオモンタヌス(1436-1476)の視点の変換:
地球から惑星の見える方向を研究していたレギオモンタヌス(1436-1476)は、次のような方法を思いつきます。
Eは地球、Pは惑星です。線分EPは惑星の見える方向です。惑星の見える方向は(図の緑の従円と緑の周転円上の点を結ぶ)EDとDPから求めることができるが、点E,D,Pを頂点とする平行四辺形EDPSを考えると、Sは緑の周転円と同じ大きさの(小さい)赤円上を動き、PはSを中心とする(大きい)赤円上を動く。
緑の2つの円で考える惑星の方向は、赤の2つの円で考えても同じことになるネ!。
(レギオモンタヌスのアイデアのミソは、惑星PがSの周りを円運動することで、これが太陽の周りの円運動のヒントになっていきます)
(C)コペルニクスのヒラメキ1
コペルニクスは、レギオモンタヌスの赤円方式で惑星の方向を観察している時、線分ESは常に太陽の方向を向いていることに気づきます。
ということは、ESを地球と太陽の距離に相当するように選べば、Sは太陽になり、惑星Pは太陽の周りを回ることになるナ!。
次が、コペルニクスが到達した図です。この時点でコペルニクスはまだ(惑星は太陽の周りを回っているが)「太陽は地球の周りを回っている」と思っています。
(D)コペルニクスのヒラメキ2
コペルニクスは上の図を眺めながら、公転周期(太陽を一周する時間)を考えていると、周期の長いものほど太陽から遠い位置にあることに気づきます。そこで、公転周期から計算できる位置に地球を入れてみると、何と惑星たちが調和のとれた同心円上に並びました。
(E)コペルニクスの確信
太陽中心のモデルにすると、「惑星の逆行時には、太陽が空の反対側にある」という天文学の謎が解けます。
太陽、地球、火星が一直線に並ぶと、地球が火星より速く動くため、火星を追い抜いて逆行して見えるんだ!