Статия за Законът на Кеплер
Спомняте ли си още спомените от първото каране на кола? Когато сте в движеща се кола, виждате сякаш дърво или сграда се движат. В този момент може да си помислите, че дърветата или сградите се движат, докато вие и колата сте в покой. Всъщност вие и колата се движите, докато дърветата или сградите почиват. Това преживяване на фалшиво движение всъщност се преживява всеки ден. Всяка сутрин „изгревите“ на източния хоризонт, след това се преместват на запад и „залязват“ на западния хоризонт следобед.
По същия начин, през нощта често виждате луната да се движи от изток на запад. Някога замисляли ли сте се или предполагали ли сте, че слънцето и луната се движат около земята, докато земята е в покой?
История на развитието на астрономията
Хората, живели в древността (началото на пр.н.е.), също са смятали слънцето, луната и други небесни тела за движещи се около земята, докато земята е в покой. С други думи, земята се счита за център на вселената (геоцентрична). Това предположение се основава на ограничения сетивен опит на хората, които ежедневно наблюдават слънцето, луната и звездите да се движат, докато земята се усеща като в покой. Подобно на това да сте в движеща се кола, виждате сякаш се движат дървета или сгради. Предположението, че земята е център на вселената, е изследвано и развито от гръцкия астроном Клавдий Птолемей (100-170 г. сл. Хр.) през втори век сл. Хр. и е било вярвано през следващите 1400 години.
Според Птолемей, Земята е била в центъра на Слънчевата система. Слънцето и планетите обикалят кръг (въртеливо движение), където центърът на този кръг обгражда Земята по кръгова траектория (революционно движение).
През 1543 г. полският астроном Николай Коперник (1473-1543) предлага хелиоцентричен модел, в който слънцето е в центъра на слънчевата система. Планетите включват Земята, която се върти около кръг (въртеливо движение), като центърът на този кръг обгражда слънцето по кръгова траектория (революционно движение). Коперник е имал по-напреднали познания от Птолемей, защото е поставил слънцето в центъра на слънчевата система. Въпреки това, Коперник все още използва кръговете като форма на планетарно движение.
Вълнуващите дебати относно геоцентричните и хелиоцентричните модели насърчават астрономите да правят по-внимателни наблюдения. Астрономите по това време са наблюдавали небесните тела само с очите си, не са използвали инструменти като телескопи или бинокли. По това време телескопите все още не са били създадени. Телескопът, който може да се използва за наблюдение на небесни тела, е създаден за първи път от италианския учен Галилео Галилей през 1609 г. Галилео използвал своя изкуствен телескоп, за да наблюдава небесни тела, и използвал данните от наблюденията си, за да спори с поддръжниците на геоцентричния модел.
Известният датски астроном на име Тихо Брахе (1546-1601) е последният астроном, наблюдавал небесни тела само с очите си. След наблюдения от 1576 до 1599 г., Тихо Брахе си сътрудничи с немския астроном Йоханес Кеплер (1571-1630), който също е математик. Кеплер е асистент на Тихо Брахе. Сътрудничеството между Тихо Брахе и Кеплер не продължава дълго, тъй като Тихо Брахе умира. След смъртта на Тихо Брахе, Кеплер използва астрономически данни, получени от неговия учител, и прекарва около двадесет години от живота си в създаване на математически модели, за да обясни движенията на планетите.
Първата работа на Кеплер в областта на астрономията, озаглавена „Мистерията на Вселената“, е публикувана през 1596 г. В книгата той търси съответствие между планетарните орбити според наблюденията на Коперник и Тихо Брахе . Но Кеплер не успява да намери хармония между моделите, разработени от Коперник и Птолемей, и резултатите от наблюденията на Тихо Брахе. Затова той изоставя моделите на Птолемей и Коперник и след това търси нови модели. През 1609 г. Кеплер открива, че елипсите са много подходящи с резултатите от наблюденията на Тихо Брахе. Кеплер вече не използва окръжност като форма на траекторията на небесните тела, а елипси.
Законът на Кеплер
Този закон е предложен от Кеплер, половин век преди Исак Нютон да предложи своите три закона за движението и закона за всемирното привличане.
Първият закон на Кеплер
Пътят на всяка планета, когато обикаля около слънцето, е елипса, където слънцето е в единия фокус.
F1 и F2 са елиптични фокални точки. Слънцето е в една от фокалните точки (например в избраното изображение F2), планетата е на разстояние r2 от Ф2 злато r1 от Ф1Ако позицията на планетата се промени, r2 и г1 също се променят.
Въпреки това, r1 + r2 е винаги едно и също. Разстоянието a се нарича голяма полуос, а 2a се нарича голяма ос. Разстоянието b се нарича малка полуос, а 2b се нарича малка ос. Фокусната точка на елипсата се намира на разстояние c от центъра на елипсата, където c2 = a2 + b2.
Формата на елипсата се определя от ексцентричността (e) на елипсата, където e = c / a. Ексцентричността на елипсата варира от 0 до 1 (0
Ако планетата е в левия край на елипсата (вляво от F1 ) , тогава разстоянието на планетата до слънцето е a + c. Тази точка се нарича афелий. Когато планетата е в афелий, тя е на най-далечното си разстояние от слънцето. Ако планетата е в десния край на елипсата (вдясно от F2 ) , тогава разстоянието на планетата до слънцето е ac. Тази точка се нарича перихелий. Когато планетата е в точката на перихелий, тя е на най-близкото разстояние от слънцето.
Вторият закон на Кеплер
Въображаемата линия, начертана от слънцето до планетата, обхваща равни площи за един и същ интервал от време.
На фигурата по-долу има само два примера за области, а именно областта abc и областта ade. Тези две области са с еднакъв размер. През един и същ интервал от време, въображаемата линия, свързваща планетата и слънцето, обхваща областта със същата магнитудна величина. Така че, при движение от b към c (планетата е в афелий), скоростта на по-малката планета или планета се движи по-бавно. И обратно, при движение от d към e (планетата е в перихелий), скоростта на по-голямата планета или планета се движи по-бързо. Така че, максималната планетарна скорост е, когато е в точката на перихелия, а минималната планетарна скорост е, когато е в точката на афелия.
Третият закон на Кеплер
Съотношението на квадратите на орбитален период на планета към куб от the средни разстояния на планетата с слънцето (Т2/r3) е константа и стойността е еднаква за всички планети. Ако T1 и Т2 посочете периода на две планети, r1 и г2 представлява средното разстояние на всяка планета от слънцето:
