เนื้อหาเกี่ยวกับกฎของเคปเลอร์
คุณจำครั้งแรกที่นั่งรถได้ไหม (ไม่ใช่ตอนที่คุณยังเด็ก)? ตอนที่คุณอยู่ในรถที่กำลังเคลื่อนที่ คุณอาจเห็นราวกับว่าต้นไม้หรืออาคารกำลังเคลื่อนไหว ในเวลานั้น คุณอาจคิดว่าต้นไม้หรืออาคารกำลังเคลื่อนไหว ในขณะที่คุณและรถอยู่นิ่ง ในความเป็นจริง คุณและรถกำลังเคลื่อนที่ ในขณะที่ต้นไม้หรืออาคารอยู่นิ่ง เราประสบกับการเคลื่อนไหวที่ปรากฏหรือการเคลื่อนไหวที่หลอกลวงนี้ทุกวัน ทุกเช้าดวงอาทิตย์ “ขึ้น” ทางทิศตะวันออก จากนั้นเคลื่อนไปทางทิศตะวันตกและ “ตก” ทางทิศตะวันตกในตอนบ่าย เช่นเดียวกัน ในตอนกลางคืน คุณมักจะเห็นดวงจันทร์เคลื่อนจากทิศตะวันออกไปทางทิศตะวันตก คุณเคยคิดหรือสงสัยบ้างไหมว่าดวงอาทิตย์และดวงจันทร์โคจรรอบโลก ในขณะที่โลกอยู่นิ่ง?
มนุษย์โบราณ (ช่วงต้นคริสต์ศักราช) เชื่อว่าดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และวัตถุบนท้องฟ้าอื่นๆ โคจรรอบโลก ในขณะที่โลกอยู่กับที่ กล่าวอีกนัยหนึ่ง โลกถูกมองว่าเป็นศูนย์กลางของจักรวาล (ทฤษฎีโลกเป็นศูนย์กลาง) สมมติฐานนี้มาจากประสบการณ์ทางประสาทสัมผัสที่จำกัดของมนุษย์ ซึ่งสังเกตเห็นดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดวงดาวเคลื่อนที่อยู่ทุกวัน ในขณะที่โลกถูกมองว่าอยู่กับที่ คล้ายกับเวลาที่คุณอยู่ในรถที่กำลังเคลื่อนที่ แล้วเห็นต้นไม้หรืออาคารต่างๆ เคลื่อนที่ไปด้วย แนวคิดที่ว่าโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาลนี้ได้รับการวิจัยและพัฒนาโดยนักดาราศาสตร์ชาวกรีก คลอเดียส ปโตเลมี (ค.ศ. 100-170) ในศตวรรษที่ 2 และเป็นความเชื่อที่แพร่หลายมานานกว่า 1400 ปี
ตามทฤษฎีของปโตเลมี โลกอยู่ใจกลางระบบสุริยะ ดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์โคจรเป็นวงกลม (การหมุนรอบตัวเอง) โดยมีจุดศูนย์กลางของวงกลมนี้โคจรรอบโลกเป็นวงกลมเช่นกัน (การโคจร)
ในปี ค.ศ. 1543 นิโคลาอุส โคเปอร์นิคัส (ค.ศ. 1473–1543) นักดาราศาสตร์ชาวโปแลนด์ ได้เสนอแบบจำลองระบบสุริยะแบบเฮลิโอเซนทริก ซึ่งดวงอาทิตย์อยู่ใจกลางระบบสุริยะ ดาวเคราะห์ รวมทั้งโลก โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงกลม (การหมุนรอบตัวเอง) โดยมีจุดศูนย์กลางของวงกลมนั้นโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงกลมเช่นกัน (การโคจร) โคเปอร์นิคัสมีความเข้าใจที่ก้าวหน้ากว่าปโตเลมี โดยวางดวงอาทิตย์ไว้ที่ใจกลางระบบสุริยะ อย่างไรก็ตาม โคเปอร์นิคัสก็ยังคงใช้รูปวงกลมเป็นแบบจำลองสำหรับวงโคจรของดาวเคราะห์อยู่ดี
ไทโค บราเฮ (Tycho Brahe) นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กผู้มีชื่อเสียง (ค.ศ. 1546 – 1601) เป็นนักดาราศาสตร์คนสุดท้ายที่สังเกตวัตถุบนท้องฟ้าโดยใช้เพียงสายตา หลังจากทำการสังเกตการณ์ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1576 ถึง 1599 ไทโค บราเฮได้ร่วมมือกับโยฮันเนส เคปเลอร์ (Johannes Kepler) นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน (ค.ศ. 1571 – 1630) ซึ่งเป็นนักคณิตศาสตร์ด้วย โดยเคปเลอร์เป็นผู้ช่วยของไทโค บราเฮ การร่วมมือระหว่างไทโค บราเฮและเคปเลอร์ไม่ได้ยืนยาวนักเพราะไทโค บราเฮเสียชีวิตเสียก่อน หลังจากนั้น เคปเลอร์ได้ใช้ข้อมูลทางดาราศาสตร์ที่อาจารย์ของเขาได้มา และใช้เวลาประมาณยี่สิบปีในการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์
ผลงานชิ้นแรกของเคปเลอร์ในด้านดาราศาสตร์ คือ"ปริศนาแห่งจักรวาล"ตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1596 ในผลงานนี้ เขาพยายามหาความสอดคล้องระหว่างวงโคจรของดาวเคราะห์ที่โคเปอร์นิคัสเสนอ และการสังเกตการณ์ของไทโค บราเฮ อย่างไรก็ตาม เคปเลอร์ไม่สามารถหาความสอดคล้องระหว่างแบบจำลองที่โคเปอร์นิคัสและปโตเลมีพัฒนาขึ้น กับการสังเกตการณ์ของไทโค บราเฮได้ ดังนั้น เขาจึงละทิ้งแบบจำลองของปโตเลมีและโคเปอร์นิคัส และพยายามหาแบบจำลองใหม่ ในปี ค.ศ. 1609 เคปเลอร์ค้นพบว่าวงรีนั้นสอดคล้องกับการสังเกตการณ์ของไทโค บราเฮอย่างสมบูรณ์ เคปเลอร์จึงเลิกใช้รูปวงกลมเป็นรูปทรงของวงโคจรของวัตถุบนท้องฟ้า แต่หันมาใช้รูปวงรีแทน
กฎนี้ถูกเสนอโดยเคปเลอร์เมื่อครึ่งศตวรรษก่อนที่ไอแซค นิวตันจะเสนอกฎการเคลื่อนที่สามข้อและกฎแรงโน้มถ่วงสากล
กฎข้อแรกของเคปเลอร์
เส้นทางโคจรของดาวเคราะห์แต่ละดวงขณะโคจรรอบดวงอาทิตย์i, มีรูปร่างเป็นวงรี โดยที่ดวงอาทิตย์อยู่ ณ จุดโฟกัสจุดหนึ่ง
กฎข้อที่สองของเคปเลอร์
เส้นสมมุติที่เชื่อมระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์จะกวาดพื้นที่เท่ากันในช่วงเวลาที่เท่ากัน
กฎข้อที่สามของเคปเลอร์
อัตราส่วนของกำลังสองของคาบต่อกำลังสามของระยะห่างเฉลี่ยของดาวเคราะห์จากดวงอาทิตย์ (T)2/r3) เป็นค่าคงที่และมีค่าเท่ากันสำหรับดาวเคราะห์ทุกดวง
