Članak o Keplerov zakon
Sjećate li se još uvijek uspomena na prvu vožnju automobilom? Kada ste u automobilu u pokretu, vidite kao da se drvo ili zgrada pomiče. U tom trenutku biste mogli pomisliti da se drveće ili zgrade pomiču, dok vi i automobil mirujete. Zapravo, vi i automobil se krećete, dok drveće ili zgrade miruju. Ovo iskustvo lažnog kretanja zapravo se doživljava svaki dan. Svako jutro "izlazi" sunce na istočnom horizontu, zatim se pomiče prema zapadu i "zalazi" na zapadnom horizontu poslijepodne.
Isto tako, noću često vidite mjesec kako se kreće od istoka prema zapadu. Jeste li ikada pomislili ili pretpostavili da se sunce i mjesec kreću oko Zemlje, dok je Zemlja mirovala?
Povijest razvoja astronomije
Ljudi koji su živjeli u antici (početak pr. Kr.) također su smatrali da se Sunce, Mjesec i druga nebeska tijela kreću oko Zemlje, dok Zemlja miruje. Drugim riječima, Zemlja se smatra središtem svemira (geocentrično). Ova pretpostavka temelji se na ograničenom senzornom iskustvu ljudi, koji svakodnevno promatraju kretanje Sunca, Mjeseca i zvijezda, dok se Zemlja osjeća kao da miruje. Slično kao da ste u automobilu u pokretu, vidite kao da se drveće ili zgrade kreću. Pretpostavku da je Zemlja središte svemira istražio je i razvio grčki astronom Klaudije Ptolomej (100.-170. n.e.) u drugom stoljeću n.e. i vjerovao je u nju sljedećih 1400 godina.
Prema Ptolomeju, Zemlja se nalazila u središtu Sunčevog sustava. Sunce i planeti okružuju kružnicu (rotacijsko gibanje) gdje središte te kružnice okružuje Zemlju po kružnoj putanji (revolucionarno gibanje).
Godine 1543. poljski astronom Nikola Kopernik (1473.-1543.) predložio je heliocentrični model u kojem se Sunce nalazi u središtu Sunčevog sustava. Planeti uključuju Zemlju koja kruži oko kružnice (rotacijsko gibanje) gdje središte te kružnice okružuje Sunce kružnom putanjom (revolucionarno gibanje). Kopernik je imao naprednije razumijevanje od Ptolomeja jer je Sunce smjestio u središte Sunčevog sustava. Ipak, Kopernik i dalje koristi kružnice kao oblik planetarnog gibanja.
Uzbudljive rasprave o geocentričnim i heliocentričnim modelima potiču astronome na pažljivija promatranja. Astronomi su u to vrijeme promatrali nebeska tijela samo očima, nisu koristili instrumente poput teleskopa ili zvjezdanog dalekozora. U to vrijeme teleskop nije bio napravljen. Teleskop koji se može koristiti za promatranje nebeskih tijela prvi je napravio talijanski znanstvenik Galileo Galilei 1609. godine. Galileo je koristio svoj umjetni teleskop za promatranje nebeskih tijela i koristio je svoje promatračke podatke kako bi se raspravljao s pristašama geocentričnog modela.
Slavni danski astronom Tycho Brahe (1546.-1601.) bio je posljednji astronom koji je promatrao nebeska tijela samo očima. Nakon promatranja od 1576. do 1599., Tycho Brahe surađivao je s njemačkim astronomom Johannesom Keplerom (1571.-1630.), koji je također bio matematičar. Kepler je bio Tycho Braheov asistent. Suradnja između Tycha Brahea i Keplera nije dugo trajala jer je Tycho Brahe umro. Nakon Tycho Braheove smrti, Kepler je koristio astronomske podatke koje je dobio od svog učitelja i proveo je dvadesetak godina života stvarajući matematičke modele kako bi objasnio kretanje planeta.
Keplerovo prvo djelo na području astronomije pod naslovom Tajna svemira objavljeno je 1596. godine. U knjizi je tražio usklađenost planetarnih orbita prema Kopernikovim i Braheovim opažanjima. No, Kepler nije uspio pronaći sklad između modela koje su razvili Kopernik i Ptolomej s rezultatima Braheovih opažanja. Stoga je napustio Ptolomejeve i Kopernikanske modele, a zatim tražio nove modele. Godine 1609. Kepler je otkrio da su elipse vrlo prikladne s rezultatima Braheovih opažanja. Kepler više ne koristi krug kao oblik putanje nebeskih tijela, već elipse.
Keplerov zakon
Ovaj zakon je iznio Kepler, pola stoljeća prije nego što je Isaac Newton predložio svoja tri zakona gibanja i zakon univerzalne gravitacije.
Keplerov prvi zakon
Putanja svakog planeta kada kruži oko Sunca je elipsa, gdje se Sunce nalazi u jednoj žiži.
F1 i F2 su eliptične žarišne točke. Sunce se nalazi u jednoj od žarišnih točaka (na primjer na slici odabranoj F2), planet je na udaljenosti r2 od F2 ili r1 od F1Ako se položaj planeta promijeni, r2 i r1 također se mijenjaju.
Unatoč tome, r1 + r2 je uvijek isti. Udaljenost a naziva se velika poluos, a 2a glavna os. Udaljenost b naziva se mala poluos, a 2b sporedna os. Žarišna točka elipse nalazi se na udaljenosti c od središta elipse, gdje je c2 = a2 + b2.
Oblik elipse određen je ekscentričnošću (e) elipse, gdje je e = c / a. Ekscentričnost elipse kreće se od 0 do 1 (0
Ako se planet nalazi na lijevom kraju elipse (lijevo od F1 ) , tada je udaljenost planeta od Sunca a + c. Ta se točka naziva afel. Kada je planet u afelu, planet je na najvećoj udaljenosti od Sunca. Ako se planet nalazi na desnom kraju elipse (desno od F2 ) , tada je udaljenost planeta od Sunca ac. Ta se točka naziva perihel. Kada se planet nalazi u točki perihela, planet je na najmanjoj udaljenosti od Sunca.
Keplerov drugi zakon
Zamišljena linija koja se povlači od Sunca do planeta opisuje jednake površine u istom vremenskom intervalu.
Na donjoj slici prikazana su samo dva primjera područja, naime područje abc i područje ade. Ova dva područja imaju istu veličinu. Tijekom istog vremenskog intervala, zamišljena linija koja spaja planet i Sunce prelazi preko područja iste magnitude. Dakle, pri kretanju od b do c (planet je u afelu), brzina manjeg planeta ili planeta kreće se sporije. Naprotiv, pri kretanju od d do e (planet je u perihelu), brzina većeg planeta ili planeta kreće se brže. Dakle, maksimalna planetarna brzina je kada je u točki perihela, a minimalna planetarna brzina kada je u točki afela.
Keplerov treći zakon
Omjer kvadrata orbitalni razdoblje planeta prema kocka od the prosječne udaljenosti planeta sa sunce (T2/r3) je konstanta, a vrijednost je ista za sve planete. Ako je T1 i T2 navedite period dvaju planeta, r1 i r2 predstavlja prosječnu udaljenost svakog planeta od Sunca:
