Кеплер заңының материалдары
Көлікке алғаш рет отырған кезіңіз есіңізде ме (сәби кезіңізде емес)? Қозғалыстағы көлікте болған кезде ағаштар немесе ғимараттар қозғалып жатқандай көрінді. Сол кезде сіз және көлік қозғалмай тұрғанда ағаштар немесе ғимараттар қозғалып жатыр деп ойлаған боларсыз. Шын мәнінде, сіз және көлік ағаштар немесе ғимараттар қозғалмай тұрғанда қозғалып жатты. Біз бұл көрінетін қозғалысты немесе жалған қозғалысты күн сайын сезінеміз. Күн сайын таңертең шығыс көкжиекте «шығады», содан кейін батысқа қарай жылжиды және түстен кейін батыс көкжиекте «батады». Сол сияқты, түнде айдың шығыстан батысқа қарай жылжып жатқанын жиі көресіз. Жер қозғалмай тұрғанда, күн мен ай Жерді айнала қозғалады деп ойладыңыз ба немесе күдіктендіңіз бе?
Ежелгі адамдар (б.з. басында) да күн, ай және басқа да аспан денелері Жердің айналасында айналады, ал Жер қозғалмай қалады деп сенген. Басқаша айтқанда, Жер ғаламның орталығы (геоцентрлік) болып саналды. Бұл болжам адамның шектеулі сезімдік тәжірибесіне негізделген, ол күннің, айдың және жұлдыздардың қозғалысын күнделікті бақылап отырды, ал Жер қозғалмай тұрғандай қабылданды. Бұл қозғалыстағы көлікте ағаштар немесе ғимараттар қозғалып жатқандай көрінген кездегіге ұқсас. Жердің ғаламның орталығы екендігі туралы бұл идеяны грек астрономы Клавдий Птолемей (б.з. 100-170 жж.) біздің эрамыздың екінші ғасырында зерттеп, дамытты және келесі 1400 жыл бойы солай деп есептелді.
Птолемейдің айтуынша, Жер күн жүйесінің орталығында орналасқан. Күн және планеталар шеңбер бойымен айналады (айналу), ал осы шеңбердің орталығы Жерді шеңбер бойымен айналады (айналу).
1543 жылы поляк астрономы Николай Коперник (1473–1543) гелиоцентрлік модельді ұсынды, онда Күн күн жүйесінің орталығында орналасқан. Жерді қоса алғанда, планеталар шеңбер бойымен айналады (айналу), бұл шеңбердің орталығы Күнді шеңбер бойымен айналады (айналу). Коперниктің Птолемейге қарағанда анағұрлым дамыған түсінігі болды, ол Күнді күн жүйесінің орталығына орналастырды. Дегенмен, Коперник әлі де шеңберлерді планеталық орбиталардың үлгісі ретінде пайдаланды.
Тихо Браге (1546-1601) есімді әйгілі дат астрономы аспан денелерін тек көзімен бақылаған соңғы астроном болды. 1576 жылдан 1599 жылға дейін бақылаулар жүргізгеннен кейін, Тихо Браге неміс астрономы, сонымен қатар математик Йоханнес Кеплермен (1571-1630) бірлесіп жұмыс істеді. Кеплер Тихо Брагенің көмекшісі болды. Тихо Браге мен Кеплердің ынтымақтастығы ұзаққа созылмады, себебі Тихо Браге қайтыс болды. Тихо Браге қайтыс болғаннан кейін, Кеплер ұстазы алған астрономиялық деректерді пайдаланып, өмірінің шамамен жиырма жылын планеталардың қозғалысын түсіндіру үшін математикалық модель жасауға жұмсады.
Кеплердің астрономия саласындағы алғашқы еңбегі « Әлемнің жұмбақтары» 1596 жылы жарық көрді. Онда ол Коперниктің планеталық орбиталары мен Тихо Брагенің бақылаулары арасындағы үйлесімділікті табуға тырысты. Алайда, Кеплер Коперник пен Птолемей әзірлеген модельдер мен Тихо Брагенің бақылаулары арасындағы үйлесімділікті таба алмады. Сондықтан ол Птолемей және Коперник модельдерінен бас тартып, жаңа модель табуға тырысты. 1609 жылы Кеплер эллипстің Тихо Брагенің бақылауларына толық сәйкес келетінін анықтады. Кеплер енді аспан денелерінің орбиталарының пішіні ретінде шеңберлерді емес, эллипстерді пайдаланды.
Бұл заңды Кеплер Исаак Ньютон өзінің қозғалыстың үш заңын және гравитацияның әмбебап заңын ұсынғанға дейін жарты ғасыр бұрын ұсынған.
Кеплердің бірінші заңы
Әрбір планетаның күнді айналып жүргендегі жолыi, эллипс пішінді, мұнда күн фокустардың бірінде орналасқан.
Кеплердің екінші заңы
Күнді планетамен байланыстыратын қиял сызық уақыттың тең аралықтарында тең аудандарды сызып өтеді.
Кеплердің үшінші заңы
Период квадратының планетаның күннен орташа қашықтығының кубына қатынасы (T)2/r3) тұрақты және оның мәні барлық планеталар үшін бірдей.
