Materiál o Keplerových zákonech
Pamatujete si svou první jízdu autem (ne když jste byli miminko)? Když jste jeli v jedoucím autě, viděli jste, jako by se stromy nebo budovy pohybovaly. Tehdy jste si možná mysleli, že se stromy nebo budovy pohybují, zatímco vy a auto jste stáli v klidu. Ve skutečnosti jste se vy a auto pohybovali, zatímco stromy nebo budovy stály v klidu. Tento zdánlivý pohyb nebo falešný pohyb zažíváme každý den. Každé ráno slunce „vychází“ na východním obzoru, poté se pohybuje na západ a odpoledne „zapadá“ na západním obzoru. Stejně tak v noci často vidíte Měsíc pohybovat se od východu na západ. Přemýšleli jste někdy nebo jste tušili, že se Slunce a Měsíc pohybují kolem Země, zatímco Země stojí v klidu?
Starověcí lidé (raný n. l.) také věřili, že Slunce, Měsíc a další nebeská tělesa obíhají kolem Země, zatímco Země zůstává nehybná. Jinými slovy, Země byla považována za střed vesmíru (geocentrická soustava). Tento předpoklad byl založen na omezené lidské smyslové zkušenosti, která denně pozorovala pohyb Slunce, Měsíce a hvězd, zatímco Země byla vnímána jako nehybná. Je to podobné, jako když jedete v jedoucím autě a vidíte, jako by se pohybovaly stromy nebo budovy. Tuto myšlenku, že Země je středem vesmíru, zkoumal a rozvíjel řecký astronom Claudius Ptolemaios (100-170 n. l.) ve druhém století n. l. a věřilo se jí dalších 1400 let.
Podle Ptolemaia je Země středem sluneční soustavy. Slunce a planety obíhají po kružnici (rotace), přičemž střed této kružnice obíhá Zemi po kruhové dráze (revoluce).
V roce 1543 polský astronom Mikuláš Koperník (1473–1543) navrhl heliocentrický model, ve kterém je Slunce středem sluneční soustavy. Planety, včetně Země, obíhají po kružnici (rotace), přičemž střed této kružnice obíhá kolem Slunce po kruhové dráze (revoluce). Koperník měl pokročilejší chápání než Ptolemaios a umístil Slunce do středu sluneční soustavy. Koperník však stále používal kružnice jako model pro oběžné dráhy planet.
Slavný dánský astronom jménem Tycho Brahe (1546 – 1601) byl posledním astronomem, který pozoroval nebeské objekty pouze okem. Po pozorováních v letech 1576 až 1599 Tycho Brahe spolupracoval s německým astronomem Johannesem Keplerem (1571 – 1630), který byl také matematikem. Kepler byl Tychovým asistentem. Spolupráce mezi Tychem Brahem a Keplerem netrvala dlouho, protože Tycho Brahe zemřel. Po Tycho Braheho smrti Kepler využil astronomická data získaná jeho učitelem a strávil asi dvacet let svého života vytvářením matematického modelu pro vysvětlení pohybu planet.
Keplerovo první astronomické dílo, Záhady vesmíru, bylo publikováno v roce 1596. V něm se pokusil najít soulad mezi Koperníkovými planetárními drahami a pozorováními Tycha Braheho. Kepler však nedokázal najít soulad mezi modely vyvinutými Koperníkem a Ptolemaiem a pozorováními Tycha Braheho. Proto opustil Ptolemaiovský a Koperníkovský model a pokusil se najít model nový. V roce 1609 Kepler zjistil, že elipsa dokonale odpovídá pozorováním Tycha Braheho. Kepler již nepoužíval kružnice jako tvar drah nebeských těles, ale spíše elipsy.
Tento zákon byl formulován Keplerem půl století předtím, než Isaac Newton představil své tři pohybové zákony a zákon univerzální gravitace.
Keplerův první zákon
Dráha každé planety při oběhu kolem Sluncei, eliptického tvaru, kde se Slunce nachází v jednom z ohnisek.
Druhý Keplerův zákon
Imaginární čára spojující Slunce s planetou vymezuje stejné plochy během stejných časových intervalů.
Keplerův třetí zákon
Poměr druhé mocniny periody k třetí mocnině průměrné vzdálenosti planety od Slunce (T2/r3) je konstantní a její hodnota je stejná pro všechny planety.
