Geocentryczny model Wszechświata
wg teorii Ptolemeusza

Uproszczone odwzorowanie ruchów planet
na deferentach i epicyklach

Ptolemeuszowski model geocentrycznej budowy wszechświata wg portugalskiego kosmografa i kartografa Bartolomeu Velho (1568)

Podstawowe elementy teorii Ptolemeusza
A – epicykl
B – ekwant
C – deferent
niebieski punkt – Ziemia
czerwony punkt – planeta krążąca wokół Ziemi

Teoria geocentryczna (z gr. geo – Ziemia) – teoria budowy Wszechświata, której istotą jest założenie, że nieruchoma Ziemia znajduje się w centrum Wszechświata, a wokół niej krążą pozostałe ciała niebieskie: Słońce, planety, Księżyc i gwiazdy.

Geneza teorii geocentrycznej

Na założeniach teorii geocentrycznej opierały się teorie budowy świata tworzone w starożytności. Pierwsze podobne tezy, mające charakter naukowej teorii, podał Eudoksos z Knidos w IV wieku p.n.e., formułując teorię sfer homocentrycznych. Zgodnie z jego teorią każda planeta (do nich zaliczano także Słońce i Księżyc, w odróżnieniu od nieruchomych gwiazd) leżała na zewnętrznej powierzchni sfery i do każdej planety przynależało tyle sfer, na ile jednostajnych ruchów po okręgu można rozłożyć obserwowany na niebie niejednostajny ruch planet.

Teoria sfer homocentrycznych została następnie przebudowana i zastąpiona przez teorię geocentryczną sformułowaną wstępnie przez Hipparchosa ze skomplikowanym układem deferentów i epicyklów.

Teorię geocentryczną dopracował następnie Klaudiusz Ptolemeusz w II wieku, nadając jej ostateczną postać. Teoria została przez Ptolemeusza opisana w jego dziele Mathematike Syntaxis znanym bardziej pod nazwą Almagest, wydanym około roku 140.

Teoria geocentryczna opisana w Almageście była kanonem astronomii przez następne 1400 lat, aż do czasów Mikołaja Kopernika.

Geocentryczny opis Wszechświata

Zgodnie z geocentryczną teorią budowy świata, dookoła usytuowanej centralnie we Wszechświecie Ziemi biegnie siedem planet w następującej kolejności: Księżyc, Merkury, Wenus, Słońce, Mars, Jowisz, Saturn, przy czym Słońce i Księżyc biegną dookoła Ziemi ruchem jednostajnym, bezpośrednio po swoich kolistych orbitach, a środki tych orbit leżą nieco poza Ziemią (są to koła ekscentryczne, przybliżające eliptyczne orbity Ziemi wokół Słońca i Księżyca wokół Ziemi).

Ruchy planet

Planety były podzielone na górne (zajmujące orbity w kolejności przed Słońcem) i dolne (zajmujące orbity w kolejności po Słońcu). Dla wyjaśnienia skomplikowanego ruchu planet na sferze niebieskiej, a szczególnie zakreślania przez nie pętli, Ptolemeusz przyjął założenie, że po kołowej orbicie ekscentrycznej – deferencie – porusza się ruchem jednostajnym nie sama planeta, ale środek innego, mniejszego koła zwanego epicyklem, a dopiero po obwodzie epicyklu porusza się ruchem jednostajnym planeta.

W wyniku kombinacji ruchów środka epicyklu po deferencie i planety po epicyklu, dodając odpowiednie nachylenie płaszczyzn tych kół do ekliptyki, Ptolemeusz wyjaśnił ruchy planet – szczególnie ruch prosty i wsteczny planety widoczny na tle sfery gwiazd stałych.

Ruchy epicyklów na deferentach i planet na epicyklach spełniały ściśle określone warunki, różne dla planet dolnych i górnych. Planety dolne według Ptolemeusza poruszały się w ten sposób, że środki ich epicyklów leżały na prostej łączącej Ziemię ze Słońcem, a okresy obiegu środków epicyklów Merkurego i Wenus były równe rokowi gwiazdowemu. Okresy obiegu obu planet po epicyklach były różne i wynosiły dla Merkurego – 88 dni ziemskich, a dla Wenus – 225 dni ziemskich. Okresy te otrzymały nazwę okresów gwiazdowych.

Ruchy planet górnych miały inne zależności w stosunku do rocznego ruchu Słońca po niebie. Ptolemeusz przyjął założenie, że promienie dróg planet górnych po epicyklach są zawsze równoległe do promienia drogi Słońca dookoła Ziemi, każda z planet biegnie po epicyklu dokładnie przez okres jednego roku ziemskiego. Ptolemeusz przyjął jednocześnie, że każda z planet ma różny okres obiegu środków epicyklów po deferentach, a więc różny okres gwiazdowy. Wynosi on: dla Marsa – 1,9 roku, dla Jowisza – 11,9 roku i dla Saturna – 29,5 roku.

Dwie pozostałe planety – Uran i Neptun, oraz mniejsze ciała Układu Słonecznego (oprócz komet) nie były jeszcze wtedy znane i nie miały swojego miejsca w geocentrycznym systemie budowy świata.

Sfera gwiazd stałych

Poza deferentem Saturna w geocentrycznej teorii budowy Wszechświata znajdowała się sfera gwiazd stałych, obracająca się dookoła Ziemi ze wschodu na zachód w czasie jednej doby ziemskiej. Ruch sfery gwiazd stałych był przekazywany sferom planetarnym. Obrazem ruchu sfery gwiazd stałych był widoczny ruch dzienny sfery niebieskiej.