Cikk a témáról Kepler törvénye
Emlékszel még az első autós utazás emlékeire? Mozgó autóban úgy látod, mintha egy fa vagy épület mozogna. Ilyenkor azt hiheted, hogy a fák vagy az épületek mozognak, miközben te és az autó nyugalomban vagytok. Valójában te és az autó mozogtok, miközben a fák vagy az épületek pihennek. Ez a műmozgás élménye valójában minden nap megtapasztalható. Minden reggel „napkelte” van a keleti horizonton, majd nyugat felé mozdul, délután pedig „nyugszik” a nyugati horizonton.
Hasonlóképpen, éjszaka gyakran látjuk a Holdat keletről nyugatra mozogni. Gondoltál már arra, vagy sejtetted, hogy a Nap és a Hold kering a Föld körül, miközben a Föld nyugalomban van?
A csillagászat fejlődésének története
Az ókorban (Kr. e. e. eleji) élt emberek a Napot, a Holdat és más égitesteket is úgy tekintették, mintha a Föld körül mozognának, miközben a Föld nyugalmi állapotban van. Más szóval, a Földet a világegyetem középpontjának (geocentrikusnak) tekintik. Ez a feltételezés az emberek korlátozott érzékszervi tapasztalatain alapul, akik naponta megfigyelik a Nap, a Hold és a csillagok mozgását, miközben a Föld nyugalmi állapotban van. Hasonlóan ahhoz, mintha egy mozgó autóban ülnénk, úgy látjuk, mintha a fák vagy az épületek mozognának. Azt a feltételezést, hogy a Föld a világegyetem középpontja, Claudius Ptolemaeus (Kr. u. 100-170) görög csillagász kutatta és fejlesztette ki a Kr. u. második században, és ezt a feltételezést a következő 1400 évben is vallotta.
Ptolemaiosz szerint a Föld a Naprendszer középpontjában helyezkedett el. A Nap és a bolygók egy kört vesznek körül (forgómozgás), ahol a kör középpontja körpályán körülveszi a Földet (forgómozgás).
1543-ban a lengyel csillagász, Nikolausz Kopernikusz (1473-1543) egy heliocentrikus modellt javasolt, amelyben a Nap a Naprendszer középpontjában helyezkedik el. A bolygók közé tartozik a Föld egy kör körül keringése (forgómozgás), ahol a kör középpontja körpályán veszi körül a Napot (forgómozgás). Kopernikusznak fejlettebb ismeretei voltak, mint Ptolemaiosznak, mivel a Napot a Naprendszer középpontjába helyezte. Mindazonáltal Kopernikusz továbbra is a köröket használja a bolygómozgás egyik formájaként.
Az izgalmas viták a geocentrikus és heliocentrikus modellekről arra ösztönzik a csillagászokat, hogy körültekintőbb megfigyeléseket végezzenek. Az akkori csillagászok csak a szemükkel figyelték meg az égitesteket, nem használtak olyan eszközöket, mint a távcsövek vagy a csillagászati távcsövek. Abban az időben még nem készült el a távcső. Az égitestek megfigyelésére használható távcsövet először egy olasz tudós, Galileo Galilei készítette 1609-ben. Galilei mesterséges távcsövét használta az égitestek megfigyelésére, és megfigyelési adatait felhasználva vitatkozott a geocentrikus modell támogatóival.
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 megfigyelt, 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 matematikai modellek létrehozásával töltötte a bolygók mozgásának magyarázatára.
Kepler első csillagászati munkája, Az Univerzum rejtélye, 1596-ban jelent meg. A könyvben a Kopernikusz és Tycho Brahe megfigyelései szerinti bolygópályák közötti összhangot kereste. Kepler azonban nem talált összhangot Kopernikusz és Ptolemaiosz által kidolgozott modellek, valamint Tycho Brahe megfigyeléseinek eredményei között. Ezért elvetette a ptolemaioszi és kopernikuszi modelleket, és új modelleket keresett. 1609-ben Kepler felfedezte, hogy az ellipszisek nagyon jól illeszkednek Tycho Brahe megfigyeléseinek eredményeihez. Kepler már nem a kört, hanem az ellipsziseket használja az égitestek pályájának formájaként.
Kepler törvénye
Ezt a törvényt Kepler terjesztette elő, fél évszázaddal azelőtt, hogy Isaac Newton kidolgozta volna a mozgás három törvényét és az egyetemes gravitáció törvényét.
Kepler első törvénye
Minden bolygó pályája, amikor megkerüli a Napot, egy ellipszis, ahol a Nap az egyik fókuszpontban van.
F1 és F2 ellipszis alakú fókuszpontok. A Nap az egyik fókuszpontban van (például a kiválasztott F képen).2), a bolygó r távolságra van2 F-től2 vagy r1 F-től1Ha a bolygó helyzete megváltozik, r2 és r1 szintén változnak.
Ennek ellenére r1 + r2 mindig azonos. Az a távolságot a féltengelynek, a 2a távolságot pedig a főtengelynek nevezzük. A b távolságot a féltengelynek, a 2b távolságot pedig a melléktengelynek nevezzük. Az ellipszis fókuszpontja c távolságra található az ellipszis középpontjától, ahol c2 = a2 + b2.
Az ellipszis alakját az ellipszis excentricitása (e) határozza meg, ahol e = c / a. Az ellipszis excentricitása 0 és 1 között mozog (0
Ha a bolygó az ellipszis bal végén van (F 1 -től balra ), akkor a bolygó Naptól való távolsága a + c. Ezt a pontot aféliumnak nevezzük. Amikor a bolygó aféliumban van, a bolygó a legtávolabb van a Naptól. Ha a bolygó az ellipszis jobb végén van (F 2 -től jobbra ), akkor a bolygó Naptól való távolsága ac. Ezt a pontot perihéliumnak nevezzük. Amikor a bolygó a perihélium pontjában van, a bolygó a Naptól való legkisebb távolságra van.
Kepler második törvénye
A Naptól a bolygóig húzott képzeletbeli vonal azonos területeket súrol azonos időintervallumban.
Az alábbi ábrán csak két példa látható a területekre, nevezetesen az abc terület és az ade terület. Ez a két terület azonos méretű. Ugyanezen időintervallum alatt a bolygót és a Napot összekötő képzeletbeli vonal végigsöpöri az azonos nagyságú területet. Tehát, amikor b-ből c-be haladunk (a bolygó aféliumban van), a kisebb bolygó vagy bolygó sebessége lassabban mozog. Ezzel szemben, amikor d-ből e-be haladunk (a bolygó a perihéliumban van), a nagyobb bolygó vagy bolygó sebessége gyorsabb. Tehát a maximális bolygósebesség a perihélium pontban, a minimális pedig az afélium pontban van.
Kepler harmadik törvénye
A négyzetek aránya orbitális időszak egy bolygóról hoz kocka the a bolygó átlagos távolságai ahol a nap (T2/r3) állandó, és az értéke minden bolygó esetében ugyanaz. Ha T1 és T2 Adja meg két bolygó keringési idejét, r1 és r2 az egyes bolygók Naptól való átlagos távolságát jelöli:
