ระบบโลกเป็นศูนย์กลาง

         มนุษย์พยายามจะทำความเข้าใจเรื่องจักรวาล โดยทำการศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุท้องฟ้ามาแต่โบราณ ประมาณ 800 ปีก่อนคริสตกาล ชาวบาบีโลนได้สร้างปฏิทินโดยการศึกษาการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ผ่านหน้ากลุ่มดาวจักราศี 12 กลุ่ม  พวกเขาได้ตั้งชื่อ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ที่มองเห็นด้วยตาเปล่าทั้งห้าดวง ขึ้นเป็นชื่อวันในสัปดาห์ วันอาทิตย์, วันจันทร์, วันอังคาร, ... ถึง วันเสาร์ ตามที่เราได้ใช้กันอยู่ตราบจนทุกวันนี้  

        600 ปีก่อนคริสตกาล พีธากอรัส (Pythagoras) นักปราชญ์ชาวกรีกได้สร้างแบบจำลองของจักรวาล แสดงตำแหน่งของโลกตั้งอยู่ ณ ศูนย์กลางซึ่งล้อมรอบด้วยทรงกลมฟ้า (Celestial sphere) อันเป็นที่ตีั้งของดวงดาวทั้งหลาย ทรงกลมฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ในทิศตรงกันข้ามกับดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ ดังภาพที่ 1 

ภาพที่ 1 แบบจำลองระบบจักรวาลของพีธากอรัส

        สองร้อยห้าสิบปีต่อมา (250 ปีก่อนคริสตกาล) อริสโตเติล นักปราชญ์ชาวกรีกผู้มีชื่อเสียง ได้ปรับปรุงแบบจำลองระบบสุริยะของพิธากอรัส โดยเพิ่มทรงกลมใสข้างในอีก 7 ชั้น เพื่อเป็นที่ตั้งของ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ที่มองเห็นด้วยตาเปล่าอีก 5 ดวง ได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์ ทรงกลมทั้งเจ็ดเคลื่อนที่สวนทางกับทรงกลมท้องฟ้า และเคลื่อนที่จากทางทิศตะวันตกไปยังทิศตะวันออกด้วยความเร็วที่แตกต่างกันไป  อริสโตรเติลให้ความเห็นว่า ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์เป็นทรงกลมที่สมบูรณ์ (มีผิวเรียบ) ทั้งดาวฤกษ์ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ต่างเคลื่อนที่รอบโลกซึ่งเป็นศูนย์กลางของจักรวาล  การเคลื่อนที่ของวัตถุบนโลกมีสองชนิด คือ การเคลื่อนที่ในแนวราบเรียกว่า “แรง” (Force)  ส่วนการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งเป็น “การเคลื่อนที่ตามธรรมชาติ” (Natural motion) มิได้มีแรงอะไรมากระทำ ทุกสรรพสิ่งต้องเคลื่อนที่เข้าหาศูนย์กลางของโลกเนื่องจาก “โลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล” (Geocentric) 

ภาพที่ 2 ระบบโลกเป็นศูนย์กลางของอริสโตเติล

        ปี ค.ศ.125 (พ.ศ.668) คลอเดียส ทอเลมี (Claudius Ptolemy) นักดาราศาสตร์ชาวกรีก ได้ปรับปรุงแบบจำลองของอริสโตรเติลให้สอดคล้องกับผลที่ได้จากการสังเกตการณ์  เขาสังเกตว่า ในบางครั้งดาวเคราะห์เคลื่อนที่ถอยหลัง (Retrograde motion) เมื่อเทียบกับกลุ่มดาวจักราศีที่อยู่ด้านหลัง ดังภาพที่ 3  

ภาพที่ 3 การเคลื่อนที่ย้อนทาง (Retrograde motion)

        ทอเลมี เขียนตำราดาราศาสตร์ฉบับแรกของโลกชื่อ “อัลมาเจสท์” (Almagest) โดยใช้หลักการเรขาคณิตอธิบายว่า โลกเป็นทรงกลมหยุดนิ่งอยู่กับที่ตรงศูนย์กลางของจักรวาล มีดาวเคราะห์ทั้งเจ็ด ได้แก่ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ห้าดวงที่มองเห็นด้วยตาเปล่า เป็นบริวารโคจรล้อมรอบ ปรากฏการณ์ดาวเคราะห์เคลื่อนที่สวนทางกับกลุ่มดาวจักราศี (Retrograde motion) เกิดขึ้นเนื่องจาก ดาวเคราะห์ทั้งเจ็ดเคลื่อนที่อยู่บนวงกลมขนาดเล็กเรียกว่า “เอปิไซเคิล” (Epicycle) ซึ่งวางอยู่บนวงโคจรรอบโลกอีกทีหนึ่ง ดังที่แสดงในภาพที่ 4 ทอเลมีไม่ได้อธิบายถึงมูลเหตุของวงกลมเล็ก  เขาเพียงสร้างวงกลมเล็กขึ้นเพื่อเป็นทางออกสำหรับคำตอบในสิ่งที่เขาเห็น อย่างไรก็ตามแบบจำลองนี้เป็นที่ยอมรับกันเป็นเวลาหนึ่งพันปีกว่าต่อมา ก่อนที่จะถูกค้านโดยนิโคลัส โคเปอร์นิคัส

ภาพที่ 4 ระบบโลกเป็นศูนย์กลางของทอเลมี

        ในปี ค.ศ.1576 (พ.ศ.2119) ไทโค บราฮ์ (Tycho Brahe) นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กได้สร้างหอดูดาว Uraniborg เพื่อติดตั้งควอดแดรนท์ (Quadrant) ซึ่งเป็นอุปกรณ์วัดมุมดาวขนาดรัศมี 1.96 เมตร ดังแสดงในภาพที่ 5 เพื่อทำการวัดตำแหน่งการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์อย่างละเอียด โดยมีโจฮานเนส เคปเลอร์ นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันเป็นผู้ช่วยวิเคราะห์ข้อมูล 

ภาพที่ 5 ควอดแดรนท์ของไทโค

        แม้ว่าจะทำการตรวจวัดตำแหน่งของดาวเคราะห์อย่างละเอียด ไทโคก็ยังเชื่อในแบบจำลองระบบสุริยะของเขาว่า ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์โคจรรอบโลก โดยที่ดาวเคราะห์ทั้งห้า ซึ่งได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์โคจรล้อมรอบดวงอาทิตย์ ดังที่แสดงในภาพที่ 6  อย่างไรก็ตามในเวลาต่อมาไม่นาน เคปเลอร์ได้ประกาศ กฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ 

ภาพที่ 6 ระบบโลกเป็นศูนย์กลางของไทโค