Geneza odkrycia – prace Kopernika nad teorią heliocentryczną

Prace Kopernika nad teorią heliocentryczną poprzedziło dostrzeżenie przez niego dwóch zasadniczych trudności w uznawanych w jego czasach przez astronomów, filozofów oraz teologów różnych wersjach teorii geocentrycznych. Trudno jednak powiedzieć precyzyjnie, kiedy i gdzie to się wydarzyło, być może już podczas jego studiów bądź w Krakowie (1491-1494), bądź nieco później we Włoszech.
Pierwszą trudnością była niezgodność ze zjawiskami astronomicznymi różnych wersji teorii sfer współśrodkowych (homocentrycznych) i różnych wersji teorii ptolemeuszowskich. W przypadku teorii sfer homocentrycznych chodziło o m.in. błędne przedstawienie ruchu retrogracyjnego planet (cofania się planet), w teoriach ptolemeuszowskich – zjawisk powolnie zmiennych, takich jak nachylenie ekliptyki i precesja. Drugą trudnością była konstrukcja ekwantu w teoriach ptolemeuszowskich. Konstrukcja ta była bowiem niezgodna z aksjomatem starożytnej greckiej astronomii i kosmologii (fizyki niebieskiej), tj. zasadą jednostajności ruchów kołowych, odniesionych do fizycznego centrum.
Obydwa te problemy skłoniły Kopernika do poszukiwania w literaturze naukowej i filozoficznej (począwszy od dzieł starożytnych, a skończywszy na dziełach renesansowych) konkurencyjnych hipotez naukowych. W ten sposób natrafił on u Platona, Arystotelesa, Pliniusza, Plutarcha oraz przedstawicieli szkoły Jana Buridana na ideę ruchów Ziemi: dziennego, rocznego oraz tzw. deklinacyjnego, głoszoną, odpowiednio, przez pitagorejczyków (Pitagorasa, Filolaosa z Krotony, Ekfantosa z Syrakuz, Heraklejdesa z Pontu, Hiketasa) i Arystarcha z Samos oraz burydanistów.
W oparciu o te kosmologiczne idee Kopernik skonstruował pierwszą wersję swojej teorii. Przedstawił ją w pracy, która zachowała się pod tytułem Nicolai Copernici de hypothesibus motuum coelestium a se constitutis commentariolus (Mikołaja Kopernika komentarzyk o hipotezach ruchów niebieskich; w przekładzie na język polski: Zarys podstaw astronomii), rozpowszechnianej za jego życia tylko w odpisach i napisanej najprawdopodobniej około 1507–1508 r. W warstwie kosmologicznej teoria Kopernika radykalnie negowała powszechnie uznawane w starożytności, średniowieczu i renesansie teorie geostatyczne i geocentryczne. Postulowała bowiem ruchomość Ziemi i bezruch Słońca, w centrum Wszechświata nie znajdowała się już Ziemia. Jednakże, w warstwie matematyczno-empirycznej teoria Kopernika została tak pomyślana, by była zgodna w sensie obserwacyjnym z wersją teorii Ptolemeusza przedstawioną w Tablicach alfonsyńskich z wyjątkiem niektórych zjawisk, takich jak paralaksa gwiezdna czy precesja
. W latach 1514–1529 Kopernik – mając na względzie prace nad reformą kalendarza, której patronował papież Leon X – przeprowadzał liczne obserwacje Księżyca, Słońca i planet w celu wyznaczenia ich dokładniejszych modeli ruchu (w przypadku Słońca obserwacje te służyły do wyznaczenia modelu ruchu Ziemi), a także podania wartości parametrów tych modeli. Odkrył on wtedy m.in. zmienność mimośrodu orbity Ziemi i linii apsyd planet i uznał – nawiązując do astronomii średniowiecznej – zmienność precesji, które traktowane były za stałe w teorii Ptolemeusza. Rozbudowywał też stopniowo swoją teorię zgodnie z postulatem korespondencji (zgodności) przewidywań empirycznych swojej teorii i teorii ptolemeuszowskich w zakresie danych obserwacyjnych wykorzystywanych przez astronomów poprzedzających Kopernika (takich jak Ptolemeusz i autorzy Tablic alfonsyńskich).
W takim kontekście skonstruował drugą, rozbudowaną wersję swojej teorii. Mimo, że teorie Kopernika i Ptolemeusza postulują radykalnie różne kosmologie (heliocentryczną i geocentryczną), są one połączone pewnymi uogólnionymi zasadami korespondencji w warstwie matematyczno-empirycznej, analogicznie jak dzieje się to w przypadku związków łączących współczesne teorie naukowe, takie jak np. mechanika kwantowa i mechanika klasyczna.
Rozbudowaną wersję swojej teorii Kopernik przedstawił w dziele, które zachowało się pod tytułem De revolutionibus orbium coelestium (O obrotach sfer niebieskich). Prace nad jego spisywaniem rozpoczęły się nie później niż w 1515–1516 r., a zakończyły się w czerwcu 1542 r. Wydano je zaś drukiem w Norymberdze w 1543 r. Autograf tego dzieła przechowuje Biblioteka Jagiellońska w Krakowie

Dzieje publikacji De revolutionibus

Kilka lat po powrocie ze studiów włoskich Kopernik opracował pierwszy zarys teorii heliocentrycznej w postaci tzw. Komentarzyka (Commentariolus). Przypuszcza się, że tekst ten napisany został ok. 1509 r. i to zapewne w Lidzbarku Warmińskim. Był to w istocie nie przeznaczony do druku szkic projektowanego dzieła De revolutionibus, znany dziś wyłącznie z późniejszych kopii opatrzonych tytułem Nicolai Copernici De hypotesibus motuum coelestium a se constitutus commentariolus. Nieliczne rękopiśmienne odpisy Kopernik udostępnił jedynie najbliższym znajomym, w tym również kilku uczonym krakowskim, np. Marcinowi Biemowi z Olkusza (zm. 1540), Mikołajowi z Szadka (1489-1564), Maciejowi z Miechowa (1457-1523) czy Bernardowi Wapowskiemu (zm. 1535).
O astronomicznych zainteresowaniach kanonika warmińskiego wspominał już w 1509 r. jego przyjaciel, śląski humanista Wawrzyniec Korwin (zm. 1527), w przedmowie do przetłumaczonych przez Kopernika Listów bizantyjskiego poety Teofilakta Symokatty. Nazwisko fromborskiego astronoma było też znane uczestnikom soboru lateraneńskiego (1512-1517), którzy zajmowali się między innymi sprawą reformy kalendarza juliańskiego i wzywali doświadczonych matematyków do udziału w pracach nad jej wprowadzeniem. Również Kopernik spełnił życzenie ojców Kościoła i przed 4 VI 1516 r. wysłał do Rzymu projekt zreformowania kalendarza na podstawie nowych prawidłowych danych. Przypuszczać należy, że już wówczas astronom fromborski przygotował pierwszą redakcję swojej pracy. Potwierdzają to jego słowa użyte w liście dedykacyjnym do papieża Pawła III poprzedzającym tekst De revolutionibus, w którym zapewniał, iż dzieło to “głęboko schowane przeleżało u mnie w ukryciu nie tylko dziewięć lat, lecz już nawet czwarte dziewięciolecie”.
Około 1525 r. nazwisko Kopernika stało się głośne i budziło zrozumiałe zainteresowanie nie tylko w Polsce czy w otoczeniu papieskim, ale również w kręgach naukowych całej Europy. Mimo to ociągał się on z opublikowaniem swoich poglądów o ruchu Ziemi, przeczących zdaniem wielu teologów świadectwu zmysłów i literze Pisma Świętego. W 1533 r. teoria heliocentryczna zaintrygowała nawet papieża Klemensa VII, a w 1536 r. kardynał kapuański Mikołaj Schönberg (1472-1537) prosił fromborskiego astronoma o udostępnienie swoich odkryć ludziom nauki oraz przesłanie wyników badań. Pragnął również na własny koszt sporządzić kopię dzieła O obrotach i zapewniał, że jest wielbicielem talentu Kopernika.
Także w środowisku astronomów i teologów z Wittenbergi oraz Norymbergi oczekiwano z niecierpliwością na publikację obszernej pracy uczonego z Fromborka, ale mimo zachęty najbliższych przyjaciół Tiedemanna Giesego oraz Aleksandra Scultetiego, Kopernik nadal zwlekał z oddaniem jej do druku.
Na zmianę tej decyzji wpłynął dopiero młody matematyk z Wittenbergi i protegowany Filipa Melanchtona Jerzy Joachim Retyk (1514-1574), który wiosną 1539 r. udał się do Prus, by poznać autora dzieła o ruchu Ziemi. Później zresztą wspominał, że dochodziły do niego wieści o sławnym mistrzu Mikołaju Koperniku z północnych krain Europy, toteż nie żałował wydatków i nie lękał się trudów dalekiej podróży. Wręcz przeciwnie, oczekiwał nagrody, ponieważ uważał, że jako młody człowiek zachęci narażonego na ataki krytyków Kopernika do szybkiego podzielenia się z całym światem jego poglądami. W maju 1539 r. Retyk istotnie zapukał do drzwi Mikołaja Kopernika i najpierw uzyskał zgodę na opublikowanie w Gdańsku w 1540 r. streszczenia jego dzieła w postaci krótkiego traktatu pt. Narratio prima (Opowieść pierwsza), a następnie przyzwolenie na druk De revolutionibus w Norymberdze w warsztacie Jana Petreiusa. Drukarz ten należał wówczas do czołowych wydawców europejskich i publikował m.in. prace Marcina Lutra, Filipa Melanchtona, Erazma z Rotterdamu, Ulricha Zwingliego, a nawet króla angielskiego Henryka VIII. Nieustannie też zabiegał wręcz o nowych autorów i chętnie wydawał trudne teksty naukowe, nieraz zaopatrzone w skomplikowane ilustracje. Petreius przekonał Mikołaja Kopernika, by druk swego dzieła zlecił właśnie jego oficynie i obiecywał, że po opublikowaniu jest w stanie dostarczyć je do każdego zakątka Europy.
W sprawie edycji Kopernik korespondował także z teologiem luterańskim Andrzejem Osiandrem z Norymbergi, który zasugerował mu ogłoszenie swojego traktatu jako hipotezy, co miało ułagodzić perypatetyków i teologów, których sprzeciwu obawiał się najbardziej. Przekonany o swoich racjach Kopernik nie wyraził jednak zgody na tę propozycję i przez wiele miesięcy przy pomocy Retyka nanosił do swojej pierwotnej wersji O obrotach stosowne poprawki oraz uzupełnienia. Wreszcie jesienią 1541 r. dzieło fromborskiego astronoma gotowe było już do druku, a licząca 400 stron kopia zabrana została przez Retyka, który wracał pospiesznie na uniwersytet w Wittenberdze. Na prowadzonych tamże wykładach wyjaśniał zasady teorii “swego pana nauczyciela”, a wiosną 1542 r. ogłosił pracę Kopernika De lateribus et angulis triangulorum (O bokach i kątach trójkątów), która weszła później w skład De revolutionibus.
Dopiero w maju 1542 r. Retyk wręczył Petreiusowi przywieziony rękopis i przez kilka tygodni czuwał nad jego drukiem. Jeszcze w tym samym miesiącu ukazały się dwa pierwsze arkusze O obrotach, które przesłane zostały Kopernikowi do korekty. Po otrzymaniu stanowiska profesora w Lipsku Retyk uzgodnił z Petreiusem, że fachową opiekę nad drukiem De revolutionibus przejmie całkowicie dr teologii i filozofii Andrzej Osiander. Ten jednak bez wiedzy fromborskiego astronoma zmienił tytuł dzieła na De revolutionibus orbium coelestium, ponadto usunął również przedmowę Kopernika, a w jej miejsce zamieścił własny - anonimowy tekst, w którym sprowadził nowy obraz świata do hipotezy. Na nieszczęście Kopernik na początku grudnia 1542 r. ciężko zachorował i nie mógł już zapobiec fałszerstwu. Nie wiadomo nawet, czy wydrukowana krótko przed 21 III 1543 r. książka dotarła na Warmię przed śmiercią astronoma.
Wydane w nakładzie 400-500 egzemplarzy i formacie małego folio dzieło Kopernika liczyło 202 karty i odznaczało się starannym przygotowaniem typograficznym. Podzielony na sześć ksiąg łaciński tekst uzupełniony został starannymi rysunkami geometrycznymi oraz tablicami astronomicznymi. Prezentowały one wyniki żmudnych doświadczeń i obliczeń fromborskiego astronoma i stanowiły najbardziej przekonujące argumenty jego teorii budowy Wszechświata. Budynek dawnej oficyny Petreiusa przy ulicy Ölberg 9, położony w pobliżu domu urodzin Albrechta Dürera szczęśliwie ocalał w czasie ostatniej wojny.

Istota odkrycia Kopernika

U podstaw astronomii Kopernika nie leżały obserwacje astronomiczne, chociażby najdokładniejsze, lecz rozmyślania nad harmonią kosmosu. Zgłębiając astronomię geocentryczną, Kopernik uznał, że opisuje ona budowę świata za pomocą dość przypadkowego zbioru hipotez. Miał wielki szacunek dla kunsztu najznakomitszych przedstawicieli dawnej astronomii, ale jednocześnie pisał o nich w liście dedykacyjnym do De revolutionibus: “przytrafiło im się to samo, co komuś, kto by to stąd to zowąd wziął ręce, nogi, głowę i inne części ciała i namalował je, co prawda, bardzo dobrze, ale tak, że w odniesieniu do jednego i tego samego ciała nie odpowiadałyby sobie nawzajem i powstałby z nich raczej jakiś dziwoląg niż obraz człowieka” (tłum. M. Brożek). Kopernik poszukiwał najprostszych rozwiązań, które w nieodparcie logiczny i harmonijny sposób wyjaśniałyby wszystkie obserwowane ruchy planet. Ostatecznie doszedł do wniosku, że warunek ten spełnia układ, w którego środku znajduje się Słońce. Natomiast planety krążą wokół niego w kolejności, o której decyduje tempo ich biegu: od najszybszego Merkurego przez Wenus, Ziemię, Marsa, Jowisza aż po najwolniejszego Saturna. Dalej we wszechświecie Kopernika leżały już tylko gwiazdy, które ze względu na uznanie przez astronoma z Fromborka dobowego obrotu Ziemi wokół własnej osi mogły pozostawać nieruchome. Tak więc najważniejsze odkrycie Kopernika polegało na zrozumieniu, że ład świata został zapisany w formie systemu heliocentrycznego, w którym Ziemia jest jedną z planet, czyli jednym z wielu “środków ciężkości”, a odległe gwiazdy nie muszą wirować wokół niej w zawrotnym tempie jednego obrotu na 24 godziny. Reszta sprowadzała się do takiego posłużenia się matematyką i obserwacjami, by ten ład uchwycić jak najprecyzyjniej: określić budowę planetarnych orbit, ich rozmiary i położenie w przestrzeni. Rzecz wymagająca doskonałej znajomości geometrii i wielu godzin spędzonych pod gołym niebem, a także czasochłonnych obliczeń, ale mimo wszystko drugorzędna.