Đóng góp

Chính trên trang giấy này Galileo lần đầu tiên ghi chú một sự quan sát các vệ tinh của Sao Mộc. Quan sát này đánh đổ quan niệm rằng mọi thiên thể phải quay quanh Trái Đất. Galileo đã xuất bản sự miêu tả đầy đủ trong Sidereus Nuncius tháng 3 năm 1610 Các tuần của Sao Kim, quan sát bởi Galileo năm 1610

Chỉ dựa vào một số miêu tả không chính xác về chiếc kính viễn vọng thực tế đầu tiên, do Hans Lippershey người Hà Lan phát minh năm 1608, Galileo, trong năm sau đó, đã làm một chiếc kính viễn vọng có độ phóng đại 3×, và sau này làm những chiếc khác có độ phóng đại lên tới 30×.[32] Với thiết bị đã được cải tiến này ông có thể thấy các hình ảnh phóng đại, thẳng đứng trên Trái Đất – cái mà hiện được biết là kính viễn vọng Trái Đất, hay kính thiên văn nhỏ. Ông cũng có thể sử dụng nó để quan sát bầu trời; trong một thời gian ông là một trong những người chế tạo các kính thiên văn đủ tốt cho mục đích đó. Ngày 25 tháng 8 năm 1609, ông trưng bày chiếc kính viễn vọng đầu tiên của mình trước những nhà lập pháp Venezia. Công việc chế tạo kính thiên văn của ông còn có tác dụng phụ mang lại khá nhiều tiền khi các lái buôn thấy nó hữu ích cho các chuyến đi biển và đi buôn của họ. Ông đã xuất bản các quan sát thiên văn học bằng kính viễn vọng đầu tiên của mình vào tháng 3 năm 1610 trong một chuyên luận ngắn có nhan đề Sidereus Nuncius (Sứ giả sao).[33]

Ngày 7 tháng 1 năm 1610, Galileo quan sát bằng kính viễn vọng của mình cái ông miêu tả ở thời gian đó là "ba định tinh, hoàn toàn không nhìn thấy được bởi chúng quá nhỏ", tất cả nằm gần Sao Mộc và thẳng hàng qua nó.[34] Những quan sát vào các đêm sau đó cho thấy các vị trí của các "ngôi sao" đó liên quan tới Sao Mộc đang thay đổi theo một cách khiến chúng có thể là không giải thích được nếu đó thực sự là các định tinh. Ngày 10 tháng 1, Galileo ghi chú rằng một trong số chúng đã biến mất, một quan sát mà ông cho rằng nó đã bị Sao Mộc che khuất. Trong vài ngày ông đã kết luận rằng chúng quay quanh Sao Mộc:[35] Ông đã khám phá ra bốn vệ tinh lớn nhất của Sao Mộc: Io, Europa, và Callisto. Ông phát hiện ra vệ tinh thứ tư, Ganymede, ngày 13 tháng 1. Galileo đặt tinh cho bốn vệ tinh ông đã phát hiện ra là những ngôi sao Medici, để vinh danh người bảo trợ tương lai của ông, Cosimo II de' Medici, Đại Công tước Toscana, và ba người anh em của Cosimo.[36] Tuy nhiên, các nhà thiên văn học sau này đổi tên chúng thành các vệ tinh Galileo để vinh danh ông.

Một hành tinh với các hành tinh nhỏ hơn quay quanh nó không thích hợp với các nguyên tắc của Thiên văn học Aristoteles, cho rằng mọi thiên thể phải quay quanh Trái Đất,[37] và nhiều nhà thiên văn học và triết học ban đầu đã từ chối tin rằng Galileo đã phát hiện ra một vật như thế.[38]

Galileo tiếp tục quan sát các vệ tinh trong mười tám tháng sau đó, và tới giữa năm 1611 ông đã có nhiều ước tính chính xác về các chu kỳ của chúng—một kỳ công mà Kepler đã cho rằng không thể thực hiện.[39]

Từ tháng 9 năm 1610, Galileo quan sát thấy Sao Kim có đủ các tuần tương tự như Mặt Trăng. Mô hình nhật tâm của hệ mặt trời được Mikołaj Kopernik phát triển tiên đoán rằng tất cả các pha phải được quan sát thấy bởi Sao Kim quay quanh Mặt trời sẽ khiến phần được chiếu sáng của nó quay về phía Trái Đất khi nó ở phía đối diện của Mặt trời và quay đi khi nó ở cùng phía với Trái Đất. Trái lại, mô hình địa tâm của Ptolemaeus dự đoán rằng chỉ trăng lưỡi liềm và các tuần mới mới có thể được quan sát, bởi Sao Kim được cho là nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất khi nó quay quanh Trái Đất. Các quan sát của Galileo về các tuần của Sao Kim chứng minh rằng nó quay quanh Mặt trời và là bằng chứng ủng hộ (nhưng không chứng minh cho) mô hình nhật tâm. Tuy nhiên, bởi nó bác bỏ mô hình hành tinh hoàn toàn địa tâm của Ptolemaeus, dường như nó là quan sát có tính quyết định khiến đa số cộng đồng khoa học thế kỷ XVII quay sang ủng hộ các mô hình nhật-địa tâm (tất cả các hành tinh chuyển động xung quanh Mặt trời nhưng Mặt trời quay quanh Trái Đất)[40] và địa tâm như các mô hình Tycho và Capella,[41] và vì thế được cho là quan sát thiên văn quan trọng nhất của Galileo.

Galileo cũng quan sát Sao Thổ, và ban đầu nhầm lẫn các vành đai của nó là các hành tinh, cho rằng nó là hệ ba vật thể. Khi ông quan sát hành tinh ở thời điểm sau này, các vành đai của Sao Thổ hướng trực tiếp về phía Trái Đất, khiến ông cho rằng hai vật thể đã biến mất. Các vành đai tái xuất hiện khi ông quan sát hành tinh năm 1616, càng khiến ông bối rối.[42]

Galileo là một trong những người châu Âu đầu tiên quan sát các đốm mặt trời, dù Kepler đã không chủ tâm quan sát một đốm năm 1607, nhưng nhầm lẫn cho rằng đó là một sự lướt qua của Sao Thuỷ. Ông cũng tái giải thích một quan sát đốm mặt trời từ thời Charlemagne, mà trước kia được gán cho (không có khả năng) một lần lướt qua của Sao Thuỷ. Sự tồn tại của các đốm mặt trời cho thấy một khó khăn khác trong sự hoàn hảo không thể thay đổi của các tầng trời do vật lý thiên thể chính thống Aristoteles đặt ra, nhưng những lần lướt qua có chu kỳ đều của nó cũng xác nhận dự đoán trong cơ học thiên thể Aristoteles của Kepler trong tác phẩm Astronomia Nova (Thiên văn Mới) năm 1609 của ông rằng mặt trời quay, đây là tiên đoán đúng đầu tiên của vật lý thiên thể thời hậu mặt cầu.[43] Và những biến đổi hàng năm trong các chuyển động của các đốm mặt trời, do Francesco Sizzi và những người khác khám phá năm 1612–1613,[44] cung cấp một bằng chứng mạnh chống lại cả hệ Ptolemaeus và hệ địa-nhật tâm của Tycho Brahe.[45] Vì các biến đổi theo mùa bác bỏ mọi mô hình hành tinh địa tĩnh không chuyển động địa chất như mô hình địa tâm hoàn toàn của Ptolemaeus và mô hình địa-nhật tâm của Tycho theo đó Mặt trời quay quanh Trái Đất hàng ngày, vì thế sự thay đổi phải xuất hiện hàng ngày. Nhưng nó có thể giải thích được bằng các hệ thống quay địa chất như mô hình địa-nhật tâm bán Tycho của Longomontanus, các mô hình địa-nhật tâm của Capella và mở rộng của Capella với một sự chuyển động quay hàng ngày của Trái Đất, và mô hình nhật tâm hoàn toàn. Một cuộc tranh cãi về sự ưu tiên trong việc khám phá các đốm mặt trời, và sự giải thích chúng, khiến Galileo rơi vào một sự thù hằn kéo dài và cay đắng với thầy tu dòng Tên Christoph Scheiner; trên thực tế, có ít nghi ngờ rằng cả hai người trong số họ đã bị đánh bại bởi David Fabricius và con trai ông Johannes, tìm kiếm việc xác nhận tiên đoán của Kepler về chuyển động của Mặt trời.[46] Scheiner nhanh chóng chấp nhận đề xuất năm 1615 của Kepler về thiết kế kính thiến văn hiện đại, cho độ phóng đại lớn hơn nhưng hình ảnh bị lộn ngược; Galileo rõ ràng không thay đổi thiết kế của Kepler.

Galileo là người đầu tiên thông báo về các ngọn núi và hố va chạm trên Mặt Trăng, mà ông cho sự hiện diện của nó bởi các kiểu mẫu sáng và tối trên bề mặt Mặt Trăng. Thậm chí ông còn ước tính chiều cao của các ngọn núi từ các quan sát đó. Điều này dẫn ông tới kết luận rằng Mặt Trăng là "xù xì và không bằng phẳng, và giống như chính bề mặt của Trái Đất," chứ không phải là một mặt cầu hoàn hảo như Aristoteles đã tuyên bố. Galileo quan sát Ngân hà, trước đó được cho là một tinh vân, và thấy rằng nó là tập hợp những ngôi sao trong một vùng quá đặc khiến nó trông như một đám mây từ Trái Đất. Ông định vị nhiều ngôi sao khác quá xa để có thể thấy bằng mắt thường. Galileo cũng quan sát Sao Hải Vương năm 1612, nhưng không nhận thấy rằng nó là một hành tinh và không có chú ý đặc biệt đến nó. Trong cuốn sổ ghi chép của ông nó xuất hiện như một ngôi sao tối không đáng chú ý.[47]

Tranh cãi về các sao chổi và Người thí nghiệm

Năm 1619, Galileo bị lôi cuốn vào một cuộc tranh cãi với Cha Orazio Grassi, giáo sư toán học tại Collegio Romano dòng Tên. Nó bắt đầu như một cuộc tranh cãi về tính chất của các sao chổi, nhưng tới khi Galileo đã xuất bản Il Saggiatore (Người Thí nghiệm) năm 1623, sự bảo lưu cuối cùng của ông trong cuộc tranh cãi, nó đã trở thành một cuộc tranh cãi lớn hơn về trạng thái tự nhiên của chính Khoa học. Bởi Il Saggiatore có chứa những ý tưởng của Galileo và việc Khoa học cần phải được thực nghiệm như thế nào, nó đã bị coi là sự thể hiện khoa học của ông.[48]

Đầu năm 1619, linh mục Grassi ẩn danh xuất bản một cuốn sách mỏng, De tribus cometis anni MDCXVIII disputatio astronomica (Một tranh cãi thiên văn về ba sao chổi của năm 1618),[49] bàn cãi về trạng thái của một sao chổi đã xuất hiện hồi cuối tháng 11 năm trước. Grassi đã kết luận rằng sao chổi là một vật thể bùng cháy chuyển động dọc theo một đoạn của một vòng tròn lớn ở một khoảng cách xa từ Trái Đất,[50] và rằng nó nằm ở ngoài xa Mặt Trăng.

Những lý lẽ và kết luận của Grassi đã bị chỉ trích trong một bài viết sau đó, Discorso Delle Comete (Bài thuyết trình về các sao chổi),[51] được xuất bản dưới cái tên của một trong những học trò của Galileo, một luật sư người Firenze tên là Mario Guiducci, dù phần lớn nó do chính Galileo viết.[52] Galileo và Guiducci không đưa ra lý thuyết xác định của họ về trạng thái của các sao chổi,[53] dù họ quả thực có trình bày một số phỏng đoán không quả quyết mà hiện chúng ta biết là không chính xác.

Trong đoạn mở đầu Bài thuyết trình, Galileo và Guiducci vô cớ xúc phạm thầy tu dòng Tên Christoph Scheiner,[54] và có nhiều lưu ý xúc phạm tới các giáo sư của Học viện Roma trong cả tác phẩm.[55] Những tu sĩ Dòng Tên bị xúc phạm,[56] và Grassi nhanh chóng trả lời bằng một luận văn ngắn có tính luận chiến của mình, Libra astronomica ac philosophica (Sự cân bằng Thiên văn và Triết học),[57] dưới bút danh Lothario Sarsio Sigensano,[58] ngụ ý là một trong những học sinh của ông.

Il Saggiatore là câu trả lời có tính bác bỏ của Galileo với Cân bằng thiên văn.[59] Nó được mọi người coi là một kiệt tác của văn học luận chiến,[60] trong đó những lý lẽ của "Sarsi" là đối tượng bị khinh thường.[61] Nó được đón chào với nhiều sự ca ngợi, và đặc biệt làm hài lòng vị Giáo hoàng mới là Urbanô VIII, người được đề tặng cho cuốn sách này.[62]

Cuộc tranh cãi của Galileo với Grassi đã khiến nhiều tu sĩ Dòng Tên từng có thiện cảm với các ý tưởng của ông trở nên xa lánh,[63] và Galileo cùng những người bạn của mình tin rằng những tu sĩ Dòng Tên đó chịu trách nhiệm gây ra cuộc kết tội ông sau này.[64] Tuy nhiên, bằng chứng cho điều này là đáng nghi ngờ.[65]

Galileo, Kepler và các giả thiết thuỷ triều

Năm 1615, hồng y Bellarmino đã viết rằng hệ thống Kopernik không thể được bảo vệ nếu không có "một minh chứng vật lý thực sự rằng Mặt Trời không quay quanh Trái Đất mà là Trái Đất quay quanh Mặt Trời".[66] Galileo xem xét lý thuyết của ông về thủy triều để cung cấp bằng chứng vật lý cần thiết cho chuyển động của Trái Đất. Lý thuyết này quá quan trọng với Galileo tới mức ban đầu ông dự định đặt tên cuốn Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo (Đối thoại về hai hệ thống thế giới chính) là Dialogo sopra il flusso e reflusso del mare (Đối thoại về thuỷ triều và dòng chảy của biển).[67] Với Galileo, thuỷ triều được gây ra bởi sự chuyển động tiến lùi của nước trong các biển khi một điểm trên bề mặt Trái Đất tăng tốc và giảm tốc vì chuyển động quay của Trái Đất quanh trục của nó và chuyển động xung quanh Mặt Trời. Galileo đã cho truyền bá những quan sát đầu tiên của mình về thuỷ triều năm 1616, chuyển tới hồng y Orsini.[68]

Nếu lý thuyết này là đúng, thì chỉ có một lần thủy triều cao trong ngày. Galileo và những người đương thời với ông biết về sự không chính xác này bởi có hai lần thuỷ triều cao hàng ngày tại Venezia chứ không phải một, khoảng 12 tiếng một lần. Galileo cho sự bất thường này như kết quả của nhiều nguyên nhân thứ hai, gồm hình dạng của biển, độ sâu, và các yếu tố khác.[69] Chống lại sự quyết đoán rằng Galileo dối trá khi đưa ra những lý lẽ đó, Albert Einstein đã đưa ra quan điểm rằng Galileo đã phát triển "các lý lẽ mê hoặc" của mình và chấp nhận chúng mà không phê phán chỉ là vì ý muốn có bằng chứng vật lý cho chuyển động của Trái Đất.[70]

Galileo đã coi ý tưởng của một người cùng thời với ông là Johannes Kepler rằng Mặt Trăng gây ra thuỷ triều là "điều tưởng tượng vô nghĩa".[71] Galileo cũng từ chối chấp nhận các quỹ đạo elíp của các hành tinh do Kepler đưa ra,[72] coi vòng tròn là hình dạng "hoàn hảo" cho quỹ đạo chuyển động của các hành tinh.

Galileo Galilei. Chân dung vẽ bằng bút chì màu của Leoni.Một bản sao của kính viễn vọng đầu tiên được cho là của Galileo Galilei, được trưng bày tại Đài thiên văn Griffith.