Keplerio dėsnio medžiaga
Ar prisimenate pirmą kartą, kai važiavote automobiliu (ne kai buvote kūdikis)? Kai buvote judančiame automobilyje, matėte, tarsi medžiai ar pastatai judėtų. Tuo metu galbūt manėte, kad medžiai ar pastatai juda, o jūs ir automobilis stovėjote vietoje. Iš tikrųjų jūs ir automobilis judėjote, o medžiai ar pastatai stovėjo vietoje. Mes iš tikrųjų patiriame šį tariamą arba klaidingą judėjimą kiekvieną dieną. Kiekvieną rytą saulė „teka“ rytiniame horizonte, tada juda į vakarus ir po pietų „leidžiasi“ vakariniame horizonte. Panašiai ir naktį dažnai matote, kaip mėnulis juda iš rytų į vakarus. Ar kada nors pagalvojote ar įtarėte, kad saulė ir mėnulis juda aplink Žemę, o Žemė nejuda?
Senovės žmonės (ankstyvuoju mūsų eros laikotarpiu) taip pat tikėjo, kad saulė, mėnulis ir kiti dangaus kūnai sukasi aplink Žemę, o Žemė nejuda. Kitaip tariant, Žemė buvo laikoma visatos centru (geocentriniu). Ši prielaida buvo pagrįsta ribota žmogaus jutimine patirtimi, kai kasdien buvo stebima judanti saulė, mėnulis ir žvaigždės, o Žemė buvo suvokiama kaip nejudanti. Tai panašu į tai, kai esate judančiame automobilyje ir matote, tarsi medžiai ar pastatai judėtų. Šią idėją, kad Žemė yra visatos centras, antrajame mūsų eros amžiuje tyrinėjo ir išplėtojo graikų astronomas Klaudijus Ptolemėjas (100–170 m. po Kr.), ir ja buvo tikima kitus 1400 metų.
Pasak Ptolemėjaus, Žemė yra Saulės sistemos centre. Saulė ir planetos sukasi ratu (rotacija), o šio apskritimo centras sukasi aplink Žemę apskritimo trajektorija (sukimasis).
1543 m. lenkų astronomas Nikolajus Kopernikas (1473–1543) pasiūlė heliocentrinį modelį, pagal kurį Saulė yra Saulės sistemos centre. Planetos, įskaitant Žemę, skrieja apskritimu (rotacija), o šio apskritimo centras sukasi aplink Saulę apskritimo trajektorija (sukimasis). Kopernikas turėjo pažangesnį supratimą nei Ptolemėjas, Saulę laikydamas Saulės sistemos centru. Tačiau Kopernikas vis tiek naudojo apskritimus kaip planetų orbitų modelį.
Garsus danų astronomas Tycho Brahe (1546–1601) buvo paskutinis astronomas, stebėjęs dangaus objektus naudodamas tik akis. Atlikęs stebėjimus nuo 1576 iki 1599 m., Tycho Brahe bendradarbiavo su vokiečių astronomu Johannesu Kepleriu (1571–1630), kuris taip pat buvo matematikas. Kepleris buvo Tycho Brahe asistentas. Tycho Brahe ir Keplerio bendradarbiavimas truko neilgai, nes Tycho Brahe mirė. Po Tycho Brahe mirties Kepleris panaudojo savo mokytojo gautus astronominius duomenis ir apie dvidešimt savo gyvenimo metų skyrė matematinio modelio, paaiškinančio planetų judėjimą, kūrimui.
Pirmasis Keplerio astronomijos veikalas „ Visatos paslaptys“ buvo išleistas 1596 m. Jame jis bandė rasti harmoniją tarp Koperniko planetų orbitų ir Tycho Brahės stebėjimų. Tačiau Kepleriui nepavyko rasti harmonijos tarp Koperniko ir Ptolemėjaus sukurtų modelių bei Tycho Brahės stebėjimų. Todėl jis atsisakė Ptolemėjaus ir Koperniko modelių ir bandė rasti naują modelį. 1609 m. Kepleris atrado, kad elipsė idealiai atitinka Tycho Brahės stebėjimus. Kepleris nebenaudojo apskritimų dangaus kūnų orbitoms apibūdinti, o elipses.
Šį dėsnį Kepleris iškėlė pusę amžiaus anksčiau, nei Izaokas Niutonas iškėlė savo tris judėjimo dėsnius ir visuotinį gravitacijos dėsnį.
Keplerio pirmasis dėsnis
Kiekvienos planetos skriejimo aplink Saulę trajektorijai, elipsės formos, kur saulė yra viename iš židinių.
Keplerio antrasis dėsnis
Įsivaizduojama linija, jungianti Saulę su planeta, per vienodus laiko intervalus nuvalo vienodus plotus.
Trečiasis Keplerio dėsnis
Periodą kvadrato ir vidutinio planetos atstumo nuo saulės kubo santykis (T2/r3) yra pastovi ir jos vertė yra vienoda visoms planetoms.
