После смелых открытий Джордано Бруно, Галилео Галилея и Николая Коперника, астрономическая наука начала развиваться намного быстрее. Весь 17-й век наполнен яркими открытиями, среди которых одно из главных позиций занимают эмпирические законы немецкого ученого Иоганна Кеплера, посвященные движению планет относительно Солнца.
Оглавление
Что такое законы Кеплера?
В историческом научном споре о форме Земли и гелиоцентричности Вселенной, астроном Иоганн Кеплер опирался на достижения Николая Коперника и Тихо Браге. Они утверждали, что планеты вращаются по круговым орбитам вокруг центрального светила. Открытия основного принципа устройства Солнечной системы оставались несколько недоработанными в части формы орбит и расположения эпицикла.
В первом десятилетии 17-го века Кеплер вывел 3 закона, уточняющих и объясняющих гравитационные взаимоотношения между постоянно движущимися небесными телами, в рамках гелиоцентрической системы. Окончательно утвердившись в том, что Земля представляет собой шар, а не плоский диск, ученым пришлось потратить немало усилий, чтобы принять доказательства эллиптической формы нашей орбиты. Именно это уточнение легло в основу законов немецкого астронома.
Первый закон
Попытки выявить закономерности движения планет вокруг Солнца и объяснить их с помощью формул являлись проблемой, пока Кеплер не пришел к признанию эллиптической формы орбит. Две крайние фокусные точки геометрической фигуры соединяются отрезками с любыми другими точками на ее кривой. Сумма любых взятых расстояний, от 2-х фокусных точек до выбранных точек на эллипсе, всегда оказывается постоянной, что говорит о неизменной форме орбиты. Самая близкая точка эллипса к светилу называется «перигелием», а самая далекая — «афелием».
В первом законе Кеплер утверждает, что движение планеты вокруг Солнца всегда происходит по орбите эллиптической формы. При этом, центральное светило находится в одном из крайних фокусов орбитального эллипса. Данное явление справедливо для всех небесных тел, находящихся в Солнечной системе.
Благодаря огромной базе накопленных наблюдений астронома Тихо Браге, Кеплеру удалось сделать большой рывок в продвижении науки. Он получил в свое распоряжение труды предшественников и, проанализировав их, нашел рациональное зерно, развив его до основополагающих законов.
Второй закон
Движение каждой планеты в Солнечной системе лежит в определенной плоскости, соотносящейся с центром звезды. Солнце соединяется с каждой планетой векторным радиусом, который в процессе передвижения описывает одинаковые круговые площади. Ближе к перигелию небесные тела максимально ускоряют свой путь, а приближаясь к афелию, стремятся к минимальным скоростям.
На примере нашей планеты, следует отметить, что в первой декаде января каждого года Земля проходит через перигелий своей орбиты, двигаясь быстрее, чем в остальные месяцы. Соответственно, светило также двигается быстрее по своей эклиптике, чем на протяжении остального времени года. К афелию планета приближается в начале месяца июля, что сказывается на замедлении ее пути относительно Солнца. Из-за таких различий во взаимном положении звезды и планеты на вытянутой эллиптической орбите и получается разница в длине светового дня зимой и летом.
Третий закон
Орбитальная ось соединяет самую близкую точку от Солнца до планеты, названную перигелием, с противоположным к ней и максимально удаленным афелием. В астрономии для удобства чаще пользуются таким понятием, как разделенная пополам, большая орбитальная полуось. Ее принимают за среднее значение расстояния между звездой и планетами.
По 3-му закону Кеплера, зависимость квадратов времени (периода Т) обращения планет вокруг центра Солнечной системы постоянна, по отношению к кубам значений их больших полуосей. Таким образом, между величиной полуосей планет и периодом их оборота вокруг центрального светила установлена постоянная связь, которую можно вычислять по формулам, выведенным Кеплером. Этот же закон оказывается справедливым и для планетарных сателлитов, погрешность движения которых не превышает 1%. Если известно расстояние от Солнца до афелия любой планеты, то можно вычислить продолжительность ее года.
Дальнейшее развитие
В последующие века научные достижения Кеплера позволили сделать дальнейшие великие открытия. Среди них — основополагающий «Закон о всемирном тяготении» Исаака Ньютона. Великий английский ученый открыл взаимосвязь между массой небесных тел и расстояниями между ними, которые находятся в прямой пропорциональности. Так было открыто действие гравитационных сил в космическом пространстве, которому подчинены не только планеты, но и сами Солнечные системы.
Законы Кеплера справедливы не только для небесных тел естественного происхождения. Их применяют при расчетах траекторий движения искусственных спутников планеты, принимая ее за центр тяготения. Без трудов Кеплера также было бы невозможно определение первой и второй космических скоростей.
