قانون كبلر
هل تتذكر أول مرة ركبت فيها سيارة (ليس عندما كنت رضيعًا)؟ عندما كنت في سيارة متحركة، رأيتَ وكأن الأشجار أو المباني تتحرك. في ذلك الوقت، ربما ظننتَ أن الأشجار أو المباني تتحرك، بينما أنت والسيارة ثابتان. في الواقع، أنت والسيارة تتحركان، بينما الأشجار أو المباني ثابتة. نحن نختبر هذه الحركة الظاهرية أو الحركة الوهمية كل يوم. كل صباح "تشرق" الشمس من الأفق الشرقي، ثم تتحرك غربًا و"تغرب" من الأفق الغربي بعد الظهر. وبالمثل، في الليل، غالبًا ما ترى القمر يتحرك من الشرق إلى الغرب. هل فكرتَ يومًا أو شككتَ في أن الشمس والقمر يدوران حول الأرض، بينما الأرض ثابتة؟
اعتقد الإنسان القديم (في أوائل العصر الميلادي) أن الشمس والقمر والأجرام السماوية الأخرى تدور حول الأرض، بينما تبقى الأرض ثابتة. بعبارة أخرى، كانت الأرض تُعتبر مركز الكون (مركزية الأرض). استند هذا الافتراض إلى تجربة حسية بشرية محدودة، حيث كان الإنسان يرى الشمس والقمر والنجوم تتحرك يوميًا، بينما تُرى الأرض ثابتة. يشبه هذا الأمر رؤية المرء للأشجار أو المباني وهي تتحرك من داخل سيارة متحركة. وقد بحث الفلكي اليوناني كلاوديوس بطليموس (100-170 ميلادي) في هذه الفكرة وطوّرها في القرن الثاني الميلادي، وساد الاعتقاد بها لمدة 1400 عام تالية.
بحسب بطليموس، تقع الأرض في مركز النظام الشمسي. تدور الشمس والكواكب في دائرة (دوران)، ويدور مركز هذه الدائرة حول الأرض في مسار دائري (ثورة).
في عام 1543، اقترح الفلكي البولندي نيكولاس كوبرنيكوس (1473-1543) النموذج الشمسي المركزي، حيث تقع الشمس في مركز النظام الشمسي. تدور الكواكب، بما فيها الأرض، في مدار دائري (دوران)، ويدور مركز هذا المدار حول الشمس في مسار دائري (ثورة). كان لدى كوبرنيكوس فهمٌ أكثر تقدماً من بطليموس، الذي وضع الشمس في مركز النظام الشمسي. ومع ذلك، فقد استخدم كوبرنيكوس الدوائر كنموذج لمدارات الكواكب.
كان الفلكي الدنماركي الشهير تيكو براهي (1546-1601) آخر فلكي يرصد الأجرام السماوية بالعين المجردة. بعد إجراء أرصاده بين عامي 1576 و1599، تعاون براهي مع الفلكي الألماني يوهانس كيبلر (1571-1630)، الذي كان أيضًا عالم رياضيات. عمل كيبلر مساعدًا لتيكو براهي. لم يدم التعاون بينهما طويلًا، إذ توفي براهي. بعد وفاته، استغل كيبلر البيانات الفلكية التي جمعها أستاذه، وكرّس نحو عشرين عامًا من حياته لوضع نموذج رياضي لتفسير حركة الكواكب.
نُشر أول أعمال كيبلر في علم الفلك، " أسرار الكون"، عام ١٥٩٦. حاول فيه إيجاد توافق بين مدارات الكواكب التي وضعها كوبرنيكوس وملاحظات تيكو براهي. إلا أن كيبلر لم يفلح في إيجاد توافق بين النماذج التي وضعها كوبرنيكوس وبطليموس وملاحظات تيكو براهي. لذلك، تخلى عن نموذجي بطليموس وكوبرنيكوس، وسعى إلى إيجاد نموذج جديد. في عام ١٦٠٩، اكتشف كيبلر أن القطع الناقص يطابق تمامًا ملاحظات تيكو براهي. لم يعد كيبلر يستخدم الدوائر لتمثيل مدارات الأجرام السماوية، بل القطع الناقص.
تم طرح هذا القانون من قبل كيبلر قبل نصف قرن من طرح إسحاق نيوتن لقوانينه الثلاثة للحركة وقانون الجاذبية الكونية.
قانون كبلر الأول
مسار كل كوكب أثناء دورانه حول الشمسi, بيضاوي الشكل، حيث تقع الشمس في إحدى البؤرتين.
قانون كبلر الثاني
خط وهمي يربط الشمس بكوكب ما يمسح مساحات متساوية خلال فترات زمنية متساوية.
قانون كبلر الثالث
نسبة مربع الفترة إلى مكعب متوسط المسافة بين الكوكب والشمس (T2/r3) ثابت وقيمته هي نفسها لجميع الكواكب.
