Keplers Gesetz Material
Erinnerst du dich an deine erste Autofahrt (nicht als Baby)? Im fahrenden Auto hattest du den Eindruck, als würden sich Bäume oder Gebäude bewegen. Damals dachtest du vielleicht, die Bäume oder Gebäude bewegten sich, während du und das Auto stillstanden. In Wirklichkeit bewegten sich aber ihr und das Auto, während die Bäume oder Gebäude stillstanden. Diese scheinbare Bewegung erleben wir tatsächlich jeden Tag. Jeden Morgen geht die Sonne am östlichen Horizont auf, wandert dann nach Westen und geht am Nachmittag am westlichen Horizont unter. Genauso sieht man nachts oft den Mond von Osten nach Westen wandern. Hast du jemals darüber nachgedacht oder vermutet, dass sich Sonne und Mond um die Erde bewegen, während die Erde stillsteht?
Die Menschen der Antike (Anfang n. Chr.) glaubten, dass Sonne, Mond und andere Himmelskörper um die Erde kreisten, während die Erde selbst unbeweglich blieb. Anders ausgedrückt: Die Erde galt als Mittelpunkt des Universums (geozentrisches Weltbild). Diese Annahme basierte auf der begrenzten menschlichen Sinneserfahrung, die täglich die Bewegung von Sonne, Mond und Sternen beobachtete, während die Erde als stillstehend wahrgenommen wurde. Es ist vergleichbar mit dem Gefühl, wenn man in einem fahrenden Auto sitzt und die Bäume oder Gebäude sich bewegen. Die Idee, dass die Erde der Mittelpunkt des Universums ist, wurde im 2. Jahrhundert n. Chr. von dem griechischen Astronomen Claudius Ptolemäus (100–170 n. Chr.) erforscht und weiterentwickelt und blieb die nächsten 1400 Jahre weit verbreitet.
Laut Ptolemäus befindet sich die Erde im Zentrum des Sonnensystems. Sonne und Planeten umkreisen die Sonne auf einer Kreisbahn (Rotation), wobei der Mittelpunkt dieser Kreisbahn die Erde auf einer Kreisbahn umkreist (Revolution).
Im Jahr 1543 schlug der polnische Astronom Nikolaus Kopernikus (1473–1543) das heliozentrische Weltbild vor, in dem die Sonne im Zentrum des Sonnensystems steht. Die Planeten, einschließlich der Erde, bewegen sich auf Kreisbahnen (Rotation), wobei der Mittelpunkt dieser Kreisbahn die Sonne auf einer Kreisbahn umkreist (Revolution). Kopernikus besaß ein fortschrittlicheres Verständnis als Ptolemäus, da er die Sonne ins Zentrum des Sonnensystems stellte. Dennoch verwendete er weiterhin Kreise als Modell für die Planetenbahnen.
Der berühmte dänische Astronom Tycho Brahe (1546–1601) war der letzte, der Himmelskörper ausschließlich mit bloßem Auge beobachtete. Nach seinen Beobachtungen von 1576 bis 1599 arbeitete er mit dem deutschen Astronomen und Mathematiker Johannes Kepler (1571–1630) zusammen, der Brahes Assistent war. Die Zusammenarbeit zwischen Brahe und Kepler währte nicht lange, da Brahe verstarb. Nach Brahes Tod nutzte Kepler die von seinem Lehrer gewonnenen astronomischen Daten und widmete etwa zwanzig Jahre seines Lebens der Entwicklung eines mathematischen Modells zur Erklärung der Planetenbewegung.
Keplers erstes astronomisches Werk, „ Die Geheimnisse des Universums“, erschien 1596. Darin versuchte er, die Planetenbahnen des Kopernikus mit den Beobachtungen Tycho Brahes in Einklang zu bringen. Kepler konnte jedoch keine Übereinstimmung zwischen den Modellen von Kopernikus und Ptolemäus und Brahes Beobachtungen finden. Daher verwarf er die ptolemäischen und kopernikanischen Modelle und suchte nach einem neuen Modell. 1609 entdeckte Kepler, dass die Ellipse perfekt mit Brahes Beobachtungen übereinstimmte. Von nun an verwendete Kepler keine Kreise mehr als Form der Himmelskörperbahnen, sondern Ellipsen.
Dieses Gesetz wurde von Kepler ein halbes Jahrhundert vor Isaac Newtons drei Bewegungsgesetzen und dem universellen Gravitationsgesetz aufgestellt.
Keplers erstes Gesetz
Die Bahn jedes Planeten auf seiner Umlaufbahn um die Sonnei, elliptisch in Form, wobei sich die Sonne in einem der Brennpunkte befindet.
Keplers zweites Gesetz
Eine gedachte Linie, die die Sonne mit einem Planeten verbindet, überstreicht in gleichen Zeitabschnitten gleiche Flächen.
Keplers drittes Gesetz
Das Verhältnis des Quadrats der Umlaufzeit zum Kubus des mittleren Abstands des Planeten von der Sonne (T2/r3) ist konstant und hat für alle Planeten den gleichen Wert.
