Kepleri seaduste materjal
Kas mäletad oma esimest autosõitu (mitte beebiajast)? Liikuvas autos olles nägid, nagu puud või hooned liiguksid. Sel ajal võisid sa arvata, et puud või hooned liiguvad, samal ajal kui sina ja auto paigal seisid. Tegelikkuses liikusid sina ja auto, samal ajal kui puud või hooned seisid paigal. Me kogeme seda näilist liikumist või valet liikumist iga päev. Igal hommikul "tõuseb" päike idahorisondil, seejärel liigub läände ja "loojub" pärastlõunal läänehorisondil. Samamoodi näed öösel sageli kuud idast läände liikumas. Kas oled kunagi mõelnud või kahtlustanud, et päike ja kuu liiguvad ümber Maa, samal ajal kui Maa seisab paigal?
Muistsed inimesed (varajane pKr) uskusid samuti, et päike, kuu ja teised taevakehad tiirlevad ümber Maa, samal ajal kui Maa püsib paigal. Teisisõnu, Maad peeti universumi keskpunktiks (geotsentriliseks). See oletus põhines inimese piiratud meelelisel kogemusel, kus ta jälgis iga päev päikese, kuu ja tähtede liikumist, samal ajal kui Maad tajuti paigalseisvana. See on sarnane liikuvas autos viibimisega, kus näed, nagu puud või hooned liiguksid. Seda ideed, et Maa on universumi keskpunkt, uuris ja arendas Kreeka astronoom Claudius Ptolemaios (100–170 pKr) teisel sajandil pKr ja seda uskuti järgmised 1400 aastat.
Ptolemaiose järgi asub Maa päikesesüsteemi keskpunkt. Päike ja planeedid tiirlevad ringikujuliselt (rotatsioon), mille keskpunkt tiirleb ümber Maa mööda ringjoont (tiirlemine).
1543. aastal pakkus Poola astronoom Nicolaus Copernicus (1473–1543) välja heliotsentrilise mudeli, mille kohaselt Päike on päikesesüsteemi keskpunkt. Planeedid, sealhulgas Maa, tiirlevad ümber ringi (pöörlemine), kusjuures selle ringi keskpunkt tiirleb ümber Päikese mööda ringjoont (tiirlemine). Kopernikusel olid Ptolemaiosest paremad arusaamad, paigutades Päikese päikesesüsteemi keskpunkti. Kopernik kasutas planeetide orbiitide mudelina siiski ringe.
Kuulus Taani astronoom Tycho Brahe (1546–1601) oli viimane astronoom, kes vaatles taevakehi ainult silma abil. Pärast vaatluste tegemist aastatel 1576–1599 tegi Tycho Brahe koostööd saksa astronoomi Johannes Kepleriga (1571–1630), kes oli samuti matemaatik. Kepler oli Tycho Brahe assistent. Tycho Brahe ja Kepleri koostöö ei kestnud kaua, sest Tycho Brahe suri. Pärast Tycho Brahe surma kasutas Kepler oma õpetaja saadud astronoomilisi andmeid ja veetis umbes kakskümmend aastat oma elust planeetide liikumise selgitamiseks matemaatilise mudeli loomisel.
Kepleri esimene astronoomiateos " Universumi saladused" ilmus 1596. aastal. Selles püüdis ta leida harmooniat Koperniku planeetide orbiitide ja Tycho Brahe vaatluste vahel. Kepleril ei õnnestunud aga leida harmooniat Koperniku ja Ptolemaiose väljatöötatud mudelite ning Tycho Brahe vaatluste vahel. Seetõttu loobus ta Ptolemaiose ja Koperniku mudelitest ning püüdis leida uue mudeli. Aastal 1609 avastas Kepler, et ellips vastas ideaalselt Tycho Brahe vaatlustele. Kepler ei kasutanud taevakehade orbiitide kujuna enam ringe, vaid ellipse.
Selle seaduse esitas Kepler pool sajandit enne seda, kui Isaac Newton esitas oma kolm liikumisseadust ja universaalse gravitatsiooniseaduse.
Kepleri esimene seadus
Iga planeedi trajektoor Päikese ümberi, elliptilise kujuga, kus päike asub ühes fookuses.
Kepleri teine seadus
Päikest ja planeeti ühendav kujuteldav joon katab võrdsete ajavahemike jooksul võrdsed alad.
Kepleri kolmas seadus
Perioodi ruudu ja planeedi keskmise kauguse kuubi suhe päikesest (T2/r3) on konstantne ja selle väärtus on kõigil planeetidel sama.
