Wie misst man die Auswirkungen der Umlaufbahn um die Sonne?

Dass ein Foucalt-Pendel die Rotation der Erde anzeigt, kann man nur durch astronomische Beobachtungen wissen – das heißt, durch die Beobachtung der Bewegung der Sterne kann man sagen, wie lang der Tag ist.

Damit können Sie feststellen, dass die Bewegung eines Foucalt-Pendels der Position eines fernen Sterns entspricht, also einem Sterntag entspricht. Da dieser 4 Minuten kürzer ist als ein Sonnentag, lässt sich die Umlaufzeit der Erde bestimmen.

Das entspricht zwar nicht ganz Ihren gestellten Anforderungen, aber ohne einige astronomische Beobachtungen ist Ihre erste Aussage falsch. Also fair ist fair.

Man könnte argumentieren, dass der Zyklus der Jahreszeiten als Argument dafür verwendet werden kann, dass sich Erde und Sonne umeinander drehen. Dies wird durch die Neigung der Rotationsachse der Erde relativ zu ihrer Umlaufbahn verursacht. Denn relativ zur Richtung zwischen Erde und Sonne dreht sich diese Neigung in einem Jahr um. Man könnte jedoch argumentieren, dass dies durch eine axiale Präzession verursacht wird (die die Erde tut, aber sehr langsam). Dies kann jedoch ausgeschlossen werden, da die Bahnebene des Mondes fest mit der Neigung der Erde verbunden bleibt, es sei denn, Sie wollen argumentieren, dass diese Bahnebene auch eine Präzession erfährt. Diese Methode, um eine sehr starke axiale Präzession auszuschließen, beinhaltet einige astronomische Beobachtungen, nämlich unseren Mond. Aber das geht auch ohne Teleskope.

Bei dieser Frage gibt es zwei große Probleme:

• Eine Art astronomischer Beobachtung ist erforderlich.
  Stellen Sie sich intelligente Außerirdische vor, die auf einem bewohnbaren Exoplaneten leben, der eine sehr dichte und sehr undurchsichtige Atmosphäre hat und der einen etwas höheren g -Wert als unsere 9,80665 m/s ² hat . Die dicke, undurchsichtige Atmosphäre bedeutet, dass sie die Sterne oder sogar ihre Sonne nicht sehen können. Sie haben nicht einmal Tag und Nacht. Der höhere Wert von g in Verbindung mit der dicken Atmosphäre bedeutet, dass sie keine Raketen bauen können, um aus ihrem Gefängnis zu entkommen. Die Gezeiten, die Jahreszeiten und das Verhalten eines Foucault-Pendels auf diesem Exoplaneten zu erklären, wird eine sehr schwierige Aufgabe sein.
• Sie können nicht "beweisen", dass die Erde die Sonne umkreist.
  Letztendlich können Sie diese lästigen aristotelischen Geozentriker nicht widerlegen, die darauf bestehen, dass die Erde das Zentrum des Universums ist und dass sich das Universum dreht und nicht die Erde. Schließlich sind alle Bezugsrahmen gleichermaßen gültig. Einige Rahmen sind nur etwas schwieriger zu handhaben als andere.

Ich werde das zweite Problem ansprechen, indem ich anmerke, dass wir, abgesehen von einigen ziemlich amüsanten Spinner-Websites, diese nervtötenden aristotelischen Geozentriker schon vor langer Zeit hinter uns gelassen haben. Nur weil ihr Standpunkt gültig ist, heißt das nicht, dass er "richtig" ist. Es ist in Ordnung, eine geozentrische Sichtweise zu verwenden, um das Wetter zu erklären. (Herausforderung: Versuchen Sie, einen Hurrikan aus der Perspektive eines Inertialsystems zu erklären. Es ist nicht einfach.) Es ist nicht in Ordnung, einen geozentrischen Blickwinkel zu verwenden, um das Sonnensystem, die Galaxie oder das Universum zu erklären.

Ich werde das erste Problem ansprechen, indem ich „keine astronomischen Beobachtungen“ so interpretiere, dass es „keine Beobachtung der Sterne oder Planeten“ bedeutet. Sonne und Mond darf ich noch beobachten. Ich sehe nicht, wie die Frage anders beantwortet werden kann. Ein einfacher Ansatz besteht darin, die Zeiten zu beobachten, zu denen die Sonne aufgeht und untergeht. Dies variiert im Laufe eines Jahres und wiederholt sich so ziemlich Jahr für Jahr. Hier gibt es noch ein Problem: Was ist, wenn die Sonne eine vernachlässigbare Masse hat und von etwas viel Stärkerem als der Fusion angetrieben wird? Vielleicht haben diese lästigen Geozentriker doch recht! Vielleicht umkreist die Sonne die Erde! Wir müssen eine Kraft sehen (und wir können keine Parallaxe verwenden).

Meine Lösung: Verwenden Sie ein Gravimeter (besser: ein supraleitendes Gravimeter), ein Foucault-Pendel (besser: ein Präzisionskreisel) und eine gute Uhr. Die Uhr gibt uns ein unabhängiges Zeitmaß. Das Foucault-Pendel gibt uns ein Maß für die Rotationsgeschwindigkeit der Erde in Bezug auf einen nicht rotierenden Rahmen (den Sterntag).

Die Gravimeter zeigen eine Reihe von Schwankungen aufgrund direkter und indirekter Auswirkungen der Gezeitengravitation. Einige dieser Effekte werden dem Mond zugeschrieben, andere der Sonne. (Deshalb muss ich etwas über den Mond wissen.) Nachdem wir diese Mondeffekte beseitigt haben, werden wir sehen:

• Halbtägige und tägliche Änderungen der wahrgenommenen Gravitationsbeschleunigung mit Perioden von 12 und 24 Stunden. Vergleichen Sie mit dem Foucault-Pendel, das eine Periode von hat, die nach unseren guten Uhren konstant 3,93 Minuten weniger als 24 Stunden beträgt. Dies gibt einen guten Hinweis darauf, dass die Erde die Sonne umkreist (oder vielleicht umgekehrt).
• Diese halbtägigen und täglichen Änderungen der Gravitationsbeschleunigung werden im Laufe eines Jahres in ihrer Intensität variieren. Wir messen die Gezeitengravitation, die mit dem Kehrwert des Würfels der Entfernung zur Sonne variiert. Dies macht diese Messung ziemlich empfindlich gegenüber der leichten Exzentrizität der Erdumlaufbahn.
• Die Periode dieser halbtägigen und täglichen Änderungen der Gravitationsbeschleunigung wird nicht genau 12 und 24 Stunden betragen. Auch das wird sich im Laufe eines Jahres ändern. Die Phasendifferenz ändert sich im Laufe eines Jahres um mehr als 30 Minuten, und die täglichen Änderungen sind Mitte Dezember am größten. Wir haben gerade die Zeitgleichung gemessen !

Jetzt haben wir also eine messbare Kraft, und daraus können wir die Gravitationskraft berechnen. Es ist ziemlich groß, mehr als groß genug, um schlüssig sagen zu können, dass es die Erde ist, die die Sonne umkreist, und nicht umgekehrt.