thumb|300px|right|Heliocentrikus világkép Andreas Cellarius Harmonia Macrocosmica című művének egyik 17–18. századi kiadásában. A klasszikus heliocentrikus ábrázolások a Napot a bolygórendszer központi helyére tették, de ez nem azonos a modern kozmológia állításával, amely szerint a világegyetemnek nincs abszolút középpontja.
A heliocentrikus világkép vagy heliocentrikus modell a csillagászat olyan leírása, amelyben a Föld és a többi bolygó a Nap körül mozog. Klasszikus történeti formájában a Napot a kozmosz központi, nyugvó helyére tette, szemben a geocentrikus világképpel, amely a Földet tekintette központnak. A modern csillagászatban a Nap nem a Világegyetem középpontja, hanem a Naprendszer tömegének döntő részét adó csillag. A bolygók mozgása jó közelítéssel Nap-központú rendszerként írható le, pontosabb dinamikai tárgyalásban azonban a Nap és a bolygók a Naprendszer közös tömegközéppontja körül mozognak.
A Nap körül keringő Föld gondolatát az ókorban Szamoszi Arisztarkhosz fogalmazta meg ismert formában, de elmélete nem vált uralkodóvá. A heliocentrikus rendszer első részletes matematikai kidolgozása Kopernikusz 1543-ban megjelent De revolutionibus orbium coelestium című művéhez kapcsolódik. Kopernikusz modelljét Galileo Galilei teleszkópos megfigyelései erősen támogatták, Johannes Kepler elliptikus bolygópályái pontosabbá tették, Isaac Newton mechanikája pedig olyan dinamikai magyarázattal látta el, amely fokozatosan kiszorította a geocentrikus és geoheliocentrikus modelleket.
A heliocentrizmus története nem írható le egyszerűen a tudomány és a vallás konfliktusaként, sem pedig úgy, mintha az újkori tudomány egy minden szempontból nyilvánvaló igazságot állított volna szembe egy pusztán babonás régi nézettel. A geocentrikus és geoheliocentrikus rendszerek mellett hosszú ideig megfigyelési, fizikai és filozófiai érvek is szóltak, különösen a csillagparallaxis észlelhetetlensége, a Föld mozgásának közvetlen érzékelhetetlensége és az arisztotelészi fizika keretei miatt. A 17. századi egyházi viták a kopernikuszi rendszer bizonyítottságának, a Szentírás értelmezésének és az egyházi tekintélynek a kérdéseivel is összefüggtek.
Fogalmi tisztázás
A „heliocentrikus világkép” kifejezés történetileg többféle jelentésben használható. Az ókori és kora újkori heliocentrizmus a Napot a kozmosz központi helyére tette, és a Földet a többi bolygóhoz hasonló mozgó égitestként értelmezte. A modern csillagászatban azonban a Nap nem a teljes világegyetem középpontja. A „heliocentrikus” szó ma elsősorban a Naprendszer leírásában, heliocentrikus pályák, heliocentrikus sebességek és heliocentrikus koordinátarendszerek esetében használatos.
A „Naprendszer” és a „világegyetem” fogalma a kora újkori vitákban nem különült el olyan élesen, mint a modern csillagászatban. Kopernikusz és kortársai még a bolygók rendszerét, az állócsillagok szféráját és a teljes ismert kozmoszt egyetlen rendezett világként tárgyalták. Ezért a történeti heliocentrizmusban a Nap központi helyzete nem pusztán a mai értelemben vett Naprendszerre, hanem a korabeli kozmológiai rendszer egészére vonatkozott.
A kopernikuszi heliocentrizmus a Napot a bolygómozgások központi rendezőpontjává tette, a Földet pedig több mozgással ruházta fel: napi tengelyforgással, éves Nap körüli keringéssel, valamint a földtengely irányának és dőlésének magyarázatához kapcsolt további mozgással. Kopernikusz rendszere még körpályákkal, egyenletes mozgásokkal és epiciklusokkal dolgozott. Emiatt nem azonos a későbbi kepleri–newtoni heliocentrikus bolygódinamikával.
A heliosztatikus kifejezés arra utal, hogy egy modell a Napot nyugvónak tekinti. A megkülönböztetés azért hasznos, mert Kopernikusznál, Keplernél és Newtonnál nem pontosan ugyanazt jelentette a Nap „központi” szerepe. Kopernikusz még körpályákkal és a Nap közelébe helyezett rendezőponttal dolgozott, Keplernél a Nap az elliptikus pályák egyik fókuszába került, Newton rendszerében pedig a Nap és a bolygók gravitációs kölcsönhatása és közös tömegközéppontja vált döntővé.
A geoheliocentrikus rendszer átmeneti modell a geocentrikus és a heliocentrikus világkép között. Legismertebb változata Tycho Brahe rendszere, amelyben a Föld nyugvó középpont marad, a Nap és a Hold a Föld körül, a többi bolygó pedig a Nap körül mozog. Ez a modell a 16–17. század fordulóján komoly alternatívának számított, mert több kopernikuszi geometriai előnyt megtartott, miközben nem követelte meg a Föld mozgását.
A heliocentrikus világkép nem azonos a lapos Föld elképzelésével. A geocentrikus rendszer hívei az ókori görög, középkori latin és arab nyelvű tudományosságban rendszerint gömb alakú Földdel számoltak. A vita tehát nem arról szólt, hogy a Föld lapos vagy gömb alakú-e, hanem arról, hogy a Föld nyugalomban van-e, illetve milyen helyet foglal el a kozmoszban.
Ókori előzmények
A mozgó Föld gondolata már az ókori görög filozófiában megjelent. A püthagoreus hagyományhoz tartozó Filolaosz központi tűz körül mozgó Földet tételezett, de ez nem volt napközéppontú rendszer. A modellben a Föld, a Nap, a Hold és a bolygók egy láthatatlan központi tűz körül mozogtak. Ez azért fontos, mert megmutatja: a Föld mozgásának gondolata nem Kopernikusszal jelent meg először, de az ókori alternatívák még nem alkottak a későbbi értelemben vett heliocentrikus csillagászati rendszert.
Pontoszi Hérakleidész a Föld tengely körüli forgását kapcsolta az égbolt napi látszólagos mozgásának magyarázatához. Neki tulajdonították azt a gondolatot is, hogy a Merkúr és a Vénusz a Nap körül mozog, miközben a Nap a Föld körül kering, de ennek történeti értelmezése vitatott. Az ilyen részmodellek később is fontosak maradtak, mert a belső bolygók Naphoz kötött látszólagos mozgását könnyebben magyarázták, mint a tisztán földközéppontú rendszer.
A Nap körül keringő Föld első ismert teljes modelljét Szamoszi Arisztarkhosz dolgozta ki a Kr. e. 3. században. Eredeti heliocentrikus műve elveszett, nézeteit főként Arkhimédész Homokszámláló című művének beszámolója alapján ismerjük. Arkhimédész szerint Arisztarkhosz azt feltételezte, hogy a Nap és az állócsillagok nyugalomban vannak, a Föld pedig körpályán kering a Nap körül, miközben saját tengelye körül is forog.
Arisztarkhosz modellje nem vált uralkodóvá. Ennek több oka volt. Az ókori csillagászatban nem állt rendelkezésre a csillagparallaxis megfigyelési bizonyítéka, és a geocentrikus modell jobban illeszkedett az arisztotelészi fizika elveihez. A Föld mozgása a mindennapi tapasztalatnak is ellentmondani látszott. Arisztarkhosz kevés ismert ókori támogatója közül Szeleukosz Szeleukeiai említhető, aki a források szerint határozott véleményként fogadta el a Föld mozgását. Az ókori heliocentrizmus azonban nem alakult át olyan részletes matematikai előrejelző rendszerré, amely kiszoríthatta volna a későbbi ptolemaioszi csillagászatot.
Késő antik és középkori részmodellek
A késő antik szerzők között Martianus Capella olyan rendszert ismertetett, amelyben a Merkúr és a Vénusz a Nap körül mozog, miközben a Nap a Föld körül kering. Ez nem teljes heliocentrizmus, hanem részleges geoheliocentrikus megoldás volt. Mégis fontos előzmény, mert a belső bolygók Naphoz kötött mozgását a későbbi rendszerekben is könnyebb volt így kezelni.
A középkori latin Nyugaton a teljes heliocentrikus rendszer nem vált főáramú állásponttá. A 12–13. századi fordítási mozgalom és az egyetemek kialakulása után a ptolemaioszi–arisztotelészi világkép lett a csillagászati és természetfilozófiai oktatás meghatározó kerete. Ez azonban nem jelentette a csillagászati gondolkodás megszűnését. A középkori egyetemeken tanították a gömb alakú Földet, az égi mozgások matematikai leírását, és a késő középkori természetfilozófusok — például Jean Buridan és Nicole Oresme — tárgyalták a Föld forgásának elvi lehetőségét is.
Az arab nyelvű tudományosságban és az indiai csillagászati hagyományban is megjelentek olyan modellek, amelyek a ptolemaioszi rendszert módosították vagy bírálták. A marágai iskola matematikai eszközei, valamint Nílakantha Szomajádzsi 16. század eleji indiai geoheliocentrikus rendszere a bolygómozgások leírásában fontos újításokat tartalmaztak. Ezeket nem szabad közvetlenül modern heliocentrizmusnak nevezni, de jelzik, hogy a premodern csillagászatban a geocentrikus rendszer keretei között is élénk matematikai munka folyt.
Kopernikusz rendszere
thumb|250px|right|A heliocentrikus világkép kora újkori matematikai kidolgozása Kopernikusz nevéhez fűződik. Rendszere korszakos jelentőségű volt, de még megtartotta a körpályák és epiciklusok több régi elemét.
Kopernikusz több évtizedes munkával dolgozta ki heliocentrikus rendszerét. Először rövid kéziratban, a Commentariolus néven ismert összefoglalóban ismertette fő tételeit, majd 1543-ban Nürnbergben jelent meg fő műve, a De revolutionibus orbium coelestium. A művet III. Pál pápának ajánlotta, ami jelzi, hogy Kopernikusz kezdetben nem egyházellenes programként, hanem matematikai-csillagászati reformként mutatta be rendszerét.
Kopernikusz rendszerének lényege az volt, hogy a Földet a bolygók közé sorolta, és a bolygók mozgását a Naphoz viszonyította. A napi égbolti mozgást a Föld tengelyforgásával, az éves napmozgást a Föld Nap körüli keringésével, a bolygók retrográd mozgását pedig a Föld és a többi bolygó relatív keringésével magyarázta. A retrográd mozgás az a látszólagos hátráló mozgás, amikor egy bolygó az égen rövid időre „visszafelé” mozogni látszik a csillagok hátteréhez képest. A kopernikuszi rendszer egyik nagy előnye az volt, hogy ezt a jelenséget a megfigyelő Föld mozgásából vezette le, nem pedig a bolygók tényleges égi visszafordulásából.
A Commentariolus hét alaptételben foglalta össze a rendszer fő vonásait:
Az égi szféráknak nincs egyetlen közös középpontjuk; Kopernikusz itt arra utalt, hogy a bolygómozgások nem rendezhetők egyetlen földközéppontú geometriai központ köré. A Föld középpontja nem a világegyetem középpontja, hanem csak a nehéz testek és a Hold pályájának központja. A bolygómozgások a Naphoz viszonyítva rendezhetők, mintha a Nap volna a világ központi helye. A Föld–Nap távolság elenyésző az állócsillagok távolságához képest. Az állócsillagok napi látszólagos mozgását a Föld tengelyforgása okozza. A Nap éves látszólagos mozgása a Föld Nap körüli keringéséből következik. A bolygók direkt és retrográd mozgása a földi megfigyelő helyzetéből adódó látszat, és a Föld mozgásával magyarázható.
Kopernikusz rendszerét nem helyes úgy bemutatni, mintha azonnal a modern Naprendszer-képet adta volna. Továbbra is ragaszkodott az egyenletes körmozgás eszményéhez, ezért modelljében epiciklusok és kiegészítő körök is szerepeltek. Az epiciklus olyan kisebb kör, amelyen a bolygó mozog, miközben e kör középpontja egy nagyobb körön halad. A rendszer jelentősége mégis rendkívüli volt: a heliocentrizmust ókori filozófiai hipotézisből részletes matematikai csillagászati rendszerré alakította.
A De revolutionibus nyomtatott kiadásához Andreas Osiander névtelen előszót írt, amely a kopernikuszi rendszert inkább számítási hipotézisként, mint a világ fizikai valóságának leírásaként értelmezte. Ez a különbség később a recepció egyik kulcskérdése lett. A 16–17. századi vitákban ugyanis nem ugyanazt jelentette egy csillagászati modellt számítási eszközként használni, mint azt állítani, hogy a Föld ténylegesen mozog. Kopernikusz hívei közül többen kifogásolták Osiander értelmezését, mert a rendszert nem pusztán praktikus számítási fikciónak, hanem a kozmosz valós rendjét leíró modellnek tekintették.
A korai recepció