Матэрыял па законе Кеплера
Ці памятаеце вы свой першы раз, калі ехалі ў машыне (не тады, калі былі немаўлём)? Калі вы ехалі ў машыне, вы бачылі, як рухаюцца дрэвы ці будынкі. У той час вы маглі падумаць, што дрэвы ці будынкі рухаюцца, а вы і машына стаялі на месцы. Насамрэч вы і машына рухаліся, а дрэвы ці будынкі стаялі на месцы. Мы сапраўды адчуваем гэты бачны рух ці ілжывы рух кожны дзень. Кожную раніцу сонца «ўзыходзіць» на ўсходнім гарызонце, потым рухаецца на захад і «заходзіць» на заходнім гарызонце пасля абеду. Сапраўды гэтак жа ўначы вы часта бачыце, як месяц рухаецца з усходу на захад. Ці задумваліся вы калі-небудзь ці падазравалі, што сонца і месяц рухаюцца вакол Зямлі, а Зямля нерухомая?
Старажытныя людзі (ранні перыяд нашай эры) таксама верылі, што сонца, месяц і іншыя нябесныя целы круцяцца вакол Зямлі, у той час як Зямля застаецца нерухомай. Іншымі словамі, Зямля лічылася цэнтрам Сусвету (геацэнтрычная сістэма). Гэта меркаванне грунтавалася на абмежаваным сэнсарным вопыце чалавека, які штодня назіраў за рухам сонца, месяца і зорак, у той час як Зямля ўспрымалася як нерухомая. Гэта падобна на тое, як калі вы знаходзіцеся ў рухомым аўтамабілі, і бачыце, як рухаюцца дрэвы або будынкі. Гэтая ідэя пра тое, што Зямля з'яўляецца цэнтрам Сусвету, была даследавана і распрацавана грэчаскім астраномам Клаўдзіем Пталамеем (100-170 гг. н. э.) у другім стагоддзі нашай эры і верылася ў яе на працягу наступных 1400 гадоў.
Паводле Пталамея, Зямля знаходзіцца ў цэнтры Сонечнай сістэмы. Сонца і планеты круцяцца па крузе (вярчэнне), прычым цэнтр гэтай акружнасці круціцца вакол Зямлі па кругавой траекторыі (вярчэнне).
У 1543 годзе польскі астраном Мікалай Капернік (1473–1543) прапанаваў геліяцэнтрычную мадэль, у якой Сонца знаходзіцца ў цэнтры Сонечнай сістэмы. Планеты, у тым ліку Зямля, круцяцца па акружнасці (вярчэнне), прычым цэнтр гэтай акружнасці круціцца вакол Сонца па кругавой траекторыі (вярчэнне). Капернік меў больш глыбокае разуменне, чым Пталамей, і змясціў Сонца ў цэнтр Сонечнай сістэмы. Аднак Капернік усё яшчэ выкарыстоўваў акружнасці як мадэль для планетных арбіт.
Вядомы дацкі астраном па імені Тыха Браге (1546–1601) быў апошнім астраномам, які назіраў нябесныя аб'екты, выкарыстоўваючы толькі вока. Пасля назіранняў з 1576 па 1599 год Тыха Браге супрацоўнічаў з нямецкім астраномам Іаганам Кеплерам (1571–1630), які таксама быў матэматыкам. Кеплер быў памочнікам Тыха Браге. Супрацоўніцтва паміж Тыха Браге і Кеплерам працягвалася нядоўга, бо Тыха Браге памёр. Пасля смерці Тыха Браге Кеплер выкарыстаў астранамічныя дадзеныя, атрыманыя яго настаўнікам, і каля дваццаці гадоў свайго жыцця ствараў матэматычную мадэль для тлумачэння руху планет.
Першая праца Кеплера па астраноміі пад назвай « Таямніцы Сусвету» была апублікавана ў 1596 годзе. У ёй ён спрабаваў знайсці гармонію паміж планетнымі арбітамі Каперніка і назіраннямі Тыха Браге. Аднак Кеплеру не ўдалося знайсці гармонію паміж мадэлямі, распрацаванымі Капернікам і Пталамеем, і назіраннямі Тыха Браге. Таму ён адмовіўся ад мадэляў Пталамея і Каперніка і паспрабаваў знайсці новую мадэль. У 1609 годзе Кеплер выявіў, што эліпс ідэальна адпавядае назіранням Тыха Браге. Кеплер больш не выкарыстоўваў акружнасці як форму арбіт нябесных цел, а хутчэй эліпсы.
Гэты закон быў вылучаны Кеплерам за паўстагоддзя да таго, як Ісаак Ньютан высунуў свае тры законы руху і закон сусветнага прыцягнення.
Першы закон Кеплера
Шлях кожнай планеты падчас яе кручэння вакол Сонцаi, эліптычнай формы, у адным з фокусаў якога знаходзіцца сонца.
Другі закон Кеплера
Уяўная лінія, якая злучае Сонца з планетай, ахоплівае роўныя плошчы за роўныя прамежкі часу.
Трэці закон Кеплера
Стаўленне квадрата перыяду да куба сярэдняй адлегласці планеты ад Сонца (T2/r3) з'яўляецца пастаяннай, і яе значэнне аднолькавае для ўсіх планет.
