Članek o Keplerjev zakon
Se še spomnite spominov na prvo vožnjo z avtomobilom? Ko ste v premikajočem se avtomobilu, vidite, kot da se premika drevo ali stavba. Takrat morda mislite, da se drevesa ali stavbe premikajo, medtem ko vi in avtomobil mirujete. Pravzaprav se vi in avtomobil premikate, medtem ko drevesa ali stavbe počivajo. To izkušnjo lažnega gibanja dejansko doživljate vsak dan. Vsako jutro "sončni vzhod" na vzhodnem obzorju se nato premakne proti zahodu in popoldne "zaide" na zahodnem obzorju.
Prav tako ponoči pogosto vidite luno, ki se premika od vzhoda proti zahodu. Ste že kdaj pomislili ali uganili, da se sonce in luna gibljeta okoli Zemlje, medtem ko Zemlja miruje?
Zgodovina razvoja astronomije
Ljudje, ki so živeli v antiki (zgodnji pr. n. št.), so menili, da se sonce, luna in druga nebesna telesa gibljejo okoli Zemlje, medtem ko Zemlja miruje. Z drugimi besedami, Zemlja velja za središče vesolja (geocentrična). Ta predpostavka temelji na omejenih čutnih izkušnjah ljudi, ki dnevno opazujejo gibanje sonca, lune in zvezd, medtem ko se zdi, da Zemlja miruje. Podobno kot v premikajočem se avtomobilu vidite, kot da se premikajo drevesa ali stavbe. Predpostavko, da je Zemlja središče vesolja, je raziskal in razvil grški astronom Klavdij Ptolemej (100–170 n. št.) v drugem stoletju n. št. in verjeli naslednjih 1400 let.
Po Ptolemaju je bila Zemlja v središču osončja. Sonce in planeti krožijo okoli kroga (rotacijsko gibanje), kjer središče tega kroga obkroža Zemljo po krožni poti (revolucionarno gibanje).
Leta 1543 je poljski astronom Nikolaja Kopernika (1473–1543) je predlagal heliocentrični model, v katerem je Sonce v središču Osončja. Med planete spada Zemlja, ki kroži okoli kroga (rotacijsko gibanje), kjer središče tega kroga obkroža Sonce po krožni poti (revolucionarno gibanje). Kopernik je imel naprednejše razumevanje kot Ptolemaj, ker je Sonce postavil v središče Osončja. Kljub temu Kopernik še vedno uporablja kroge kot obliko planetarnega gibanja.
Razburljive razprave o geocentričnih in heliocentričnih modelih spodbujajo astronome k natančnejšim opazovanjem. Astronomi so takrat nebesna telesa opazovali le z očmi in niso uporabljali instrumentov, kot so teleskopi ali daljnogledi. Takrat teleskopov še ni bilo. Teleskop, s katerim bi lahko opazovali nebesna telesa, je prvi izdelal italijanski znanstvenik Galileo Galilei leta 1609. Galileo je s svojim umetnim teleskopom opazoval nebesna telesa, s svojimi opazovalnimi podatki pa se je prepiral s podporniki geocentričnega modela.
Znani danski astronom Tycho Brahe (1546–1601) je bil zadnji astronom, ki je nebesna telesa opazoval samo z očmi. Po opazovanju med letoma 1576 in 1599 je Tycho Brahe sodeloval z nemškim astronomom Johannesom Keplerjem (1571–1630), ki je bil tudi matematik. Kepler je bil Tycho Brahejev asistent. Sodelovanje med Tychom Brahejem in Keplerjem ni trajalo dolgo, saj je Tycho Brahe umrl. Po Tycho Brahejevi smrti je Kepler uporabil astronomske podatke, ki jih je pridobil njegov učitelj, in približno dvajset let svojega življenja posvetil ustvarjanju matematičnih modelov za razlago gibanja planetov.
Keplerjevo prvo delo na področju astronomije z naslovom Skrivnost vesolja je bilo objavljeno leta 1596. V knjigi je iskal poravnavo med planetarnimi orbitami po Koperniku in Tycho braheopazovanja. Vendar Keplerju ni uspelo najti skladnosti med modeli, ki sta jih razvila Kopernik in Ptolemaj, in rezultati opazovanj Tycha Braheja. Zato je opustil ptolemajski in kopernikanski model ter nato iskal nove modele. Leta 1609 je Kepler odkril, da so elipse zelo primerne za rezultate opazovanj Tycha Braheja. Kepler ne uporablja več kroga kot oblike poti nebesnih teles, temveč elipse.
Keplerjev zakon
Ta zakon je predstavil Kepler, pol stoletja preden je Isaac Newton predlagal svoje tri zakone gibanja in zakon univerzalne gravitacije.
Keplerjev prvi zakon
Pot vsakega planeta, ko kroži okoli Sonca, je elipsa, kjer je Sonce v enem od gorišč.
F1 in F2 so eliptične goriščne točke. Sonce je v eni od goriščnih točk (na primer na sliki, izbrani F2), planet je na razdalji r2 od F2 ali r1 od F1Če se položaj planeta spremeni, r2 in r1 tudi spremeniti.
Kljub temu, r1 +r2 je vedno enaka. Razdalja a se imenuje velika polos, 2a pa glavna os. Razdalja b se imenuje stranska polos, 2b pa stranska os. Gorišče elipse se nahaja na razdalji c od središča elipse, kjer je c2 = a2 + b2.
Oblika elipse je določena z ekscentričnostjo (e) elipse, kjer je e = c / a. Ekscentričnost elipse se giblje od 0 do 1 (0
Če je planet na levem koncu elipse (levo od F1), potem je oddaljenost planeta od Sonca a + c. Ta točka se imenuje afelij. Ko je planet v afeliju, je planet najbolj oddaljen od Sonca. Če je planet na desnem koncu elipse (desno od F2) potem je razdalja planeta do Sonca enaka ac. Ta točka se imenuje perihelij. Ko je planet v točki perihelija, je najbližje Soncu.
Keplerjev drugi zakon
Namišljena črta, ki je narisana od sonca do planeta, v enakem časovnem intervalu zajema enake površine.
Na spodnji sliki sta samo dva primera območij, in sicer območje abc in območje ade. Ti dve območji imata enako velikost. V istem časovnem intervalu namišljena črta, ki povezuje planet in Sonce, pomeče območje z enako magnitudo. Torej se pri premikanju od točke b do točke c (planet je v afeliju) hitrost manjšega planeta ali planeta giblje počasneje. Nasprotno pa se pri premikanju od točke d do točke e (planet je v periheliju) hitrost večjega planeta ali planeta giblje hitreje. Torej je največja planetarna hitrost v točki perihelija in najmanjša planetarna hitrost v točki afelija.
Keplerjev tretji zakon
Razmerje kvadratov orbitalni Obdobje planeta k kocka od the povprečne razdalje planeta z sonce (T2/r3) je konstantna in vrednost je enaka za vse planete. Če je T1 in T2 navedite periodo dveh planetov, r1 in r2 predstavlja povprečno oddaljenost vsakega planeta od Sonca:
