Kepler törvényének anyaga
Emlékszel, amikor először ültél autóban (nem csecsemőkorodban)? Amikor mozgó autóban ültél, úgy láttad, mintha a fák vagy az épületek mozognának. Akkoriban azt gondolhattad volna, hogy a fák vagy az épületek mozognak, miközben te és az autó mozdulatlanok voltatok. A valóságban te és az autó mozogtatok, miközben a fák vagy az épületek mozdulatlanok voltak. Valójában minden nap megtapasztaljuk ezt a látszólagos mozgást vagy hamis mozgást. Minden reggel a nap „felkel” a keleti horizonton, majd nyugatra mozdul, és délután „lenyugszik” a nyugati horizonton. Hasonlóképpen, éjszaka gyakran látod, hogy a hold keletről nyugatra mozog. Gondoltál már arra, vagy gyanítottad már, hogy a nap és a hold kering a Föld körül, miközben a Föld mozdulatlan?
Az ókori emberek (Kr. u. eleji) azt is hitték, hogy a Nap, a Hold és más égitestek a Föld körül keringenek, míg a Föld mozdulatlan marad. Más szóval, a Földet tekintették a világegyetem középpontjának (geocentrikus). Ez a feltételezés korlátozott emberi érzékszervi tapasztalatokon alapult, amely naponta megfigyelte a Nap, a Hold és a csillagok mozgását, míg a Földet állónak érzékelte. Hasonló ez ahhoz, mint amikor egy mozgó autóban ülünk, és úgy látjuk, mintha a fák vagy az épületek mozognának. Ezt az elképzelést, miszerint a Föld a világegyetem középpontja, a görög csillagász, Klaudiosz Ptolemaiosz (Kr. u. 100-170) kutatta és fejlesztette ki a Kr. u. második században, és a következő 1400 évben ezt hitték.
Ptolemaiosz szerint a Föld a Naprendszer középpontjában helyezkedik el. A Nap és a bolygók egy körben keringenek (forgás), a kör középpontja pedig körpályán kering a Föld körül (forgás).
1543-ban a lengyel csillagász, Nikolausz Kopernikusz (1473–1543) felvetette a heliocentrikus modellt, amelyben a Nap a Naprendszer középpontjában van. A bolygók, beleértve a Földet is, egy kör körül keringenek (forgás), amelynek középpontja körpályán kering a Nap körül. Kopernikusznak fejlettebb ismeretei voltak, mint Ptolemaiosznak, és a Napot helyezte a Naprendszer középpontjába. Kopernikusz azonban továbbra is a köröket használta modellként a bolygók pályáinak meghatározásához.
Egy híres dán csillagász, Tycho Brahe (1546 – 1601) volt az utolsó csillagász, aki csak a szemével figyelte meg az égitesteket. Miután 1576 és 1599 között megfigyeléseket végzett, Tycho Brahe együttműködött egy német csillagásszal, Johannes Keplerrel (1571 – 1630), aki szintén matematikus volt. Kepler Tycho Brahe asszisztense volt. Tycho Brahe és Kepler együttműködése nem tartott sokáig, mert Tycho Brahe meghalt. Tycho Brahe halála után Kepler a tanára által szerzett csillagászati adatokat felhasználva életének körülbelül húsz évét töltötte egy matematikai modell megalkotásával, amely megmagyarázza a bolygók mozgását.
Kepler első csillagászati munkája, az Univerzum rejtélyei, 1596-ban jelent meg. Ebben megpróbált harmóniát találni Kopernikusz bolygópályái és Tycho Brahe megfigyelései között. Keplernek azonban nem sikerült harmóniát találnia Kopernikusz és Ptolemaiosz által kidolgozott modellek, valamint Tycho Brahe megfigyelései között. Ezért felhagyott a ptolemaioszi és kopernikuszi modellekkel, és egy új modellt próbált találni. 1609-ben Kepler felfedezte, hogy az ellipszis tökéletesen megfelel Tycho Brahe megfigyeléseinek. Kepler már nem köröket, hanem ellipsziseket használt az égitestek pályájának alakjára.
Ezt a törvényt Kepler fél évszázaddal azelőtt fogalmazta meg, hogy Isaac Newton kidolgozta volna a mozgás három törvényét és az egyetemes gravitáció törvényét.
Kepler első törvénye
Az egyes bolygók pályája a Nap körüli keringés soráni, ellipszis alakú, ahol a Nap az egyik gyújtópontban található.
Kepler második törvénye
Egy képzeletbeli vonal, amely a Napot és a bolygót összeköti, egyenlő időközönként azonos területeket súrol.
Kepler harmadik törvénye
A periódus négyzetének és a bolygó Naptól való átlagos távolságának köbének aránya (T2/r3) állandó, és az értéke minden bolygó esetében azonos.
