¿Cuál es la forma más sencilla de probar que la Tierra orbita alrededor del Sol?

Originalmente tenía algo sobre el cambio de constelaciones en el cielo para mostrar que la Tierra orbita alrededor del sol, pero ese sería el caso si el Sol orbitara alrededor de la Tierra. Ahora que lo pienso, hay una cosa que prueba de manera concluyente que la Tierra gira alrededor del sol: el paralaje. En el transcurso de un año, muchas de las estrellas se moverán entre sí. Al final del año volverán a estar donde empezaron. Esto se debe a que la Tierra se mueve en un círculo de 2 AU de diámetro, por lo que seis meses después de su primera observación, estará parado a 2 AU de distancia de donde estaba entonces, y verá las estrellas desde un ángulo (ligeramente, pero observable) diferente. .

Para mostrar que la luna orbita alrededor de la tierra, podrías observar su ubicación a la misma hora todas las noches y ver que se mueve y que siempre está casi a la misma distancia de la tierra. Nunca entra en un movimiento retrógrado. Suponiendo que la tierra es esférica, la única forma en que esto podría ser cierto es si la luna orbita alrededor de la tierra. También puede tener en cuenta las fases de la luna y modelar el sistema Sol-Tierra-Luna para explicarlo.

La llamada 'aberración estelar', el cambio de las posiciones aparentes de las estrellas hasta 20 segundos de arco hacia la dirección en la que la Tierra va en su órbita, fue el primer método disponible para equipos 'simples' en el siglo XIX, a saber, telescopios de tránsito. .

A principios del siglo XX, las variaciones anuales del desplazamiento Doppler de las líneas espectrales estelares, causadas por el movimiento orbital de la Tierra de 30 km/s, eran fácilmente detectables.

Ahora, yo diría que la forma más fácil sería la observación del desplazamiento Doppler anual de la línea de 21 cm de hidrógeno atómico neutro galáctico, por parte de radioastrónomos aficionados. Quizás otros puedan ahora medir las variaciones anuales de la temperatura aparente del fondo cósmico de microondas.

El paralaje estelar, mientras que un efecto muy pequeño (menos de un segundo de arco) es fácil de medir con equipos modernos de aficionados, tomando imágenes del mismo pedazo de cielo con una estrella cercana tres veces, con seis meses entre imágenes.

Desde el punto de vista de la observación, utilizando los recursos disponibles para los estudiantes, en realidad es bastante difícil disuadir a un defensor decidido de, por ejemplo, un sistema Tychonic .

Un enfoque es mostrar qué tan bien describen las leyes de Newton los movimientos de los planetas. Esto requiere mucho tiempo, tanto para la recopilación de datos como para la enseñanza de las leyes de Newton.

Las fases de los planetas, especialmente Venus, facilitan el cálculo de las posiciones tridimensionales del Sol, la Tierra y otros planetas.

Teniendo en cuenta la respuesta de Eric y mi comentario al respecto (básicamente, son matemáticamente equivalentes en el sentido más generoso, y es solo una cuestión de gusto que se use), la única forma de "probar" cuál es el punto de vista superior es a través de los argumentos de la navaja de Occam.

Creo que la comprensión de cualquier profano de la física cotidiana, combinada con los tamaños/masas relativos del Sol, la Tierra y la Luna, deja en claro que los objetos más pequeños que son arrojados por los objetos relativamente estacionarios y más grandes tienen más sentido, y de hecho es mucho más fácil de describir matemáticamente.

Dependiendo de su punto de vista sobre la cuestión, podría sacar un libro de texto y citar las cantidades en cuestión como dadas, o llevar a cabo experimentos accesibles incluso para los antiguos, en muchos casos. http://en.wikipedia.org/wiki/Astronomical_unit

Si tiene la suerte de encontrar a alguien que haya visto la tira de película/video/lo que sea de Newton que muestre cañones disparando desde torres y dónde caen a tierra, y cuando no lo hacen, puede usar eso como un Fundación. En mi experiencia, la mayoría de las personas han tenido eso en algún momento de su educación, incluso si nunca llevaron los conceptos más lejos.

Si no han tenido eso, esbozarlo debería funcionar. Los primeros conceptos son intuitivamente obvios. Si toman eso con fe (¡mal científico! ¡No hay galleta! Pero entonces, estos son profanos), entonces los conceptos posteriores son más fáciles de trabajar. ¡Genial! Ahora tenemos un concepto de 'órbita'.

Si tiene mucha suerte, es posible que pueda saltar de aquí a lo siguiente:

Sabemos cuán pesada es la Tierra, sabemos cuánto dura nuestro período orbital y también sabemos qué tan lejos estamos del Sol. Si asumimos que el Sol orbita alrededor de la Tierra, las matemáticas dicen que el Sol debería ser mucho menos masivo que la Tierra. Si asumimos que la Tierra gira alrededor del Sol, lo contrario es cierto. De cualquier manera podemos obtener una estimación de la masa del Sol. Sabemos por otras pruebas que el Sol es más masivo que la Tierra, por lo que la Tierra orbita alrededor del Sol.

Ahora hagamos lo mismo con la Luna...

Lo anterior hace una gran suposición en aras de la simplificación: que cuando digo "la Tierra gira alrededor del Sol", que el baricentro está dentro del Sol en algún lugar, y dentro de la Tierra para "el Sol gira alrededor de la Tierra". También implica en gran medida que los cuerpos más livianos están en órbita alrededor de los cuerpos más pesados, y al ubicar el cuerpo más masivo, también ubica el cuerpo que está en órbita. Una vez más, una gran simplificación, pero que probablemente sea aceptada por fe por el profano.

Cada una de las declaraciones anteriores puede ser profundizada por los curiosos. ¿La masa de la Tierra? La geología nos ha dado una buena idea de la concentración elemental de la Tierra ya partir de ahí podemos estimar la masa. ¿Periodo orbital? es un año ¿Distancia al Sol? Métodos de paralaje durante los eclipses solares, que también nos darían el diámetro del sol.

Si no bajan tan fácilmente, es hora de educarlos en dinámicas orbitales más complejas.

Es hora de trabajar en el concepto de baricentro. Señale que la órbita en realidad está alrededor del centro de masa del sistema dual. Dibuja una línea entre el centro de masa de ambos objetos. El centro de masa del sistema es el punto en esa línea donde ambos lados de la línea estarían igualmente equilibrados si se colocaran sobre un punto de apoyo. En realidad, es alrededor de este punto que los objetos orbitan. Ahora gira la línea en ese punto de apoyo. El movimiento de ambos extremos describe el movimiento de ambos cuerpos , el cuerpo más pequeño (como la luna) parece moverse en un círculo alrededor del cuerpo más grande.

En este punto, una desviación sobre cómo la Luna influye en las mareas y cómo se relaciona con el baricentro podría ser algo bueno. Depende de la audiencia.

¡Excelente! Ahora tenemos el concepto de que dos cuerpos en una relación orbital se mueven, así como el concepto de baricentro. Ahora a averiguar si la Tierra es la que solo se mueve un poco.

Para la Tierra y un satélite hecho por el hombre, esto es casi indistinguible del centro de la Tierra. Para la Tierra y la Luna, el baricentro definitivamente no está en el centro de la Tierra, pero no fuera de ella. Para Plutón/Caronte, ESTÁ afuera. La masa de ambas entidades juega un papel clave en esta danza.

Para la Tierra/Sol tenemos una buena idea de la masa de la Tierra gracias a la geología y la geoquímica. También tenemos el período orbital. Y también tenemos la distancia entre la Tierra y el Sol. Dados estos números, hay dos valores para la masa del sol que pueden resolver las ecuaciones; uno donde el baricentro está más cerca de la Tierra y otro donde está más cerca del Sol. Para saber cuál es cuál debemos obtener más pistas sobre la masa del Sol. Gracias al paralaje y la espectroscopia conocemos el diámetro del Sol y su composición química, lo que deja bastante claro que el Sol es mucho más masivo que la Tierra. Por lo tanto, el baricentro está más cerca del Sol y la Tierra gira alrededor del Sol.

El concepto final en el que está trabajando es: "Cuando dos objetos de masas tan dispares como el Sol y la Tierra están en una relación orbital, el baricentro de sus órbitas estará dentro de la masa del objeto más grande. Desde el exterior, parece como si el objeto más pequeño estuviera en órbita alrededor del objeto más grande".

Si entiendo bien la pregunta, suponemos que queremos demostrarle a alguien que la tierra gira alrededor del sol. No estoy muy seguro de que sea así desde un punto de vista científico.

Hablando literalmente, podemos elegir cualquier marco de referencia que queramos y probar así un sistema heliocéntrico o un sistema geocéntrico.

Citando a Einstein:"

La lucha, tan violenta en los primeros días de la ciencia, entre las opiniones de Ptolomeo y Copérnico carecería por completo de sentido. Cualquier CS [Sistema de coordenadas] podría usarse con la misma justificación. Las dos oraciones, 'el sol está en reposo y la tierra se mueve' o 'el sol se mueve y la tierra está en reposo', significarían simplemente dos convenciones diferentes relativas a dos CS diferentes. Albert Einstein

¿Es sólo un problema de matemáticas? En la parte de resolver las ecuaciones de movimiento lo es. Pero desde el punto de vista filosófico y físico es otro tema.

Filosófico: Sólo haré una referencia al Hubble... "Tal condición implicaría que ocupamos una posición única en el universo, análoga, en cierto sentido, a la antigua concepción de una Tierra central... Esta hipótesis no puede ser refutado, pero no es bienvenido y sólo sería aceptado como último recurso para salvar los fenómenos. Por lo tanto, descartamos esta posibilidad.... la posición no deseada de un lugar privilegiado debe evitarse a toda costa... tal la posición favorecida es intolerable... Por lo tanto, para restaurar la homogeneidad y escapar del horror de una posición única... debe compensarse con la curvatura espacial. Parece que no hay otra salida” (Hubble, The Observational Approach to Cosmology )

El célebre astrónomo Edwin Hubble publicó en 1937 un estudio sobre el modelo cosmológico del universo, bajo el título “El enfoque observacional de la cosmología”. En los datos publicados en ese estudio era evidente que la Tierra aparecía como si tuviera una posición “única” en el cosmos, es decir, que estaba en el centro o muy cerca de él. Sin embargo, Hubble optó por no aceptar esa posición única basándose en proposiciones filosóficas (principios) en los que se creía. En particular, y aunque la distribución de la nebulosa mostraba que la Tierra debería estar en una posición central, descartó esa idea basándose en el “principio” de que no somos únicos (por lo que es ilógico decir que estamos en una posición central privilegiada en el Universo). Para acomodar ese "principio", ¡añadió algunos factores correctivos a sus ecuaciones! ¡Tan simple como eso! Sin datos duros,

También:

"Las desviaciones de la uniformidad son positivas; el número de nebulosas aumenta más rápidamente que el volumen del espacio a través del cual se dispersan. Así, la densidad de la distribución nebulosa aumenta hacia afuera, simétricamente en todas las direcciones, dejando al observador en una posición única. Tal La posición favorecida, por supuesto, es intolerable; además, representa una discrepancia con la teoría, porque la teoría postula la homogeneidad. Por lo tanto, para restaurar la homogeneidad y escapar del horror de una posición única, las desviaciones de la uniformidad, que son introducido por los factores de recesión, debe ser compensado por el segundo término que representa los efectos de la curvatura espacial".

Y va así. Además, no es ningún secreto que los antiguos griegos tenían, gracias a Aristóteles, un punto de vista geocéntrico, y eran capaces de predecir los eclipses solares.

Científico:

George Ellis propuso un universo modelo "semi-geocéntrico" que contiene una singularidad desnuda como mecanismo de reciclaje, que según él ofrece una descripción del universo real casi tan buena como el modelo convencional. En un artículo en Nature Ellis propone que el universo es como un universo en forma de cilindro con dos “centros”, con la Tierra ubicada en un lado y una singularidad desnuda en el otro. No hay inflación cósmica: las galaxias están dispuestas de manera muy desigual, con una gran cantidad de material apiñado alrededor de la singularidad y muy poco cerca de la Tierra. El efecto de tal distribución de la materia es producir un corrimiento hacia el rojo de la luz que, en la Tierra, tiene las mismas características que si las galaxias estuvieran retrocediendo. En particular, el Universo parece expandirse cada vez más rápido, un fenómeno generalmente atribuido a la influencia de la 'energía oscura'. Pero Ellis sugiere que la aceleración observada sea un truco de la luz en un Universo heterogéneo y si aceptamos su modelo geocéntrico, podríamos acabar con la energía oscura imaginando que vivimos en el centro de una heterogeneidad esférica.

Tal como lo entiendo, y estoy cerrando con esto, no hemos probado la existencia de un punto de referencia subjetivo en el universo (los sistemas que construimos son siempre un producto de la convención, decimos dónde está el cero). Y, o cambiaremos la relatividad o continuaremos con este entendimiento básico como se mencionó. Lo que elegiremos como marco de referencia estará en función de un descubrimiento futuro o de una elección.

Entonces, no queremos enseñar que la tierra gira alrededor del sol. Enseñaremos primero bajo qué suposición la tierra se mueve alrededor del sol o simplemente podríamos decir que lo que ven (el sol moviéndose alrededor de la tierra) también es totalmente correcto (nuevamente bajo una suma de suposiciones).

Espero que esto haya ayudado.

PD Podrías hacer una búsqueda en la web sobre el tema o Ellis.