Frühe Theorien

Die Himmelsmechanik hat ihre Anfänge in der frühen Astronomie, in der die Bewegungen der Sonne, des Mondes und der fünf mit bloßem Auge sichtbaren Planeten — Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn — beobachtet und analysiert wurden. Das Wort Planet leitet sich vom griechischen Wort für Wanderer ab, und für einige Kulturen war es natürlich, diese Objekte, die sich vor dem festen Hintergrund des Himmels bewegten, in den Status von Göttern zu erheben; dieser Status überlebt in gewissem Sinne heute in der Astrologie, wo die Positionen der Planeten und der Sonne gedacht werden, um irgendwie das Leben der Individuen auf der Erde zu beeinflussen. Der göttliche Status der Planeten und ihr angeblicher Einfluss auf menschliche Aktivitäten könnten die Hauptmotivation für sorgfältige gewesen sein, fortgesetzte Beobachtungen der Planetenbewegungen und für die Entwicklung ausgeklügelter Schemata zur Vorhersage ihrer Positionen in der Zukunft.Der griechische Astronom Ptolemäus (der etwa 140 n. Chr. in Alexandria lebte) schlug ein System der Planetenbewegung vor, in dem die Erde im Zentrum fixiert war und alle Planeten, der Mond und die Sonne um sie herum kreisten. Wie von einem Beobachter auf der Erde gesehen, bewegen sich die Planeten mit variabler Geschwindigkeit über den Himmel. Sie kehren sogar gelegentlich ihre Bewegungsrichtung um, nehmen aber nach einer Weile die dominante Bewegungsrichtung wieder auf. Um diese variable Bewegung zu beschreiben, Ptolemäus nahm an, dass sich die Planeten mit gleichmäßiger Geschwindigkeit um kleine Kreise drehten, die Epizyklen genannt wurden, während das Zentrum des epizyklischen Kreises die Erde auf einem großen Kreis umkreiste, der als Deferent bezeichnet wurde. Andere Variationen in der Bewegung wurden dadurch erklärt, dass die Zentren des Deferenten für jeden Planeten von der Erde um eine kurze Entfernung versetzt wurden. Durch die Wahl der Kombination von Geschwindigkeiten und Entfernungen konnte Ptolemäus die Bewegungen der Planeten mit beträchtlicher Genauigkeit vorhersagen. His scheme was adopted as absolute dogma and survived more than 1,000 years until the time of Copernicus.

Nikolaus Kopernikus nahm an, dass die Erde nur ein weiterer Planet war, der zusammen mit den anderen Planeten die Sonne umkreiste. Er zeigte, dass dieses heliozentrische (auf die Sonne zentrierte) Modell mit allen Beobachtungen übereinstimmte und dass es viel einfacher war als Ptolemäus ‚Schema. Sein Glaube, dass die Planetenbewegung eine Kombination aus gleichmäßigen Kreisbewegungen sein musste, zwang ihn, eine Reihe von Epizyklen einzubeziehen, um den Bewegungen in den nichtkreisförmigen Umlaufbahnen zu entsprechen. Die Epizyklen waren wie Begriffe in der Fourier-Reihe, die heute zur Darstellung von Planetenbewegungen verwendet werden. (Eine Fourier-Reihe ist eine unendliche Summe periodischer Terme, die auf glatte Weise zwischen positiven und negativen Werten oszillieren, wobei sich die Schwingungsfrequenz von Term zu Term ändert. Sie stellen immer bessere Annäherungen an andere Funktionen dar, da immer mehr Begriffe beibehalten werden.) Kopernikus bestimmte auch den relativen Maßstab seines heliozentrischen Sonnensystems mit Ergebnissen, die der modernen Bestimmung bemerkenswert nahe kommen.Tycho Brahe (1546-1601), der drei Jahre nach Kopernikus ‚Tod und drei Jahre nach der Veröffentlichung seines heliozentrischen Modells des Sonnensystems geboren wurde, umarmte immer noch ein geozentrisches Modell, aber er hatte nur die Sonne und den Mond umkreisen die Erde und alle anderen Planeten umkreisen die Sonne. Obwohl dieses Modell mathematisch dem heliozentrischen Modell von Kopernikus entspricht, stellt es eine unnötige Komplikation dar und ist physikalisch falsch. Tychos größter Beitrag waren die mehr als 20 Jahre Himmelsbeobachtungen, die er sammelte; seine Messungen der Positionen der Planeten und Sterne hatten eine beispiellose Genauigkeit von ungefähr 2 Bogenminuten. (Eine Bogenminute ist 1/60 Grad.)