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开普勒三大定律

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开普勒三大定律都是研究天体运动中行星运动规律的定律。

开普勒定律是开普勒发现的关于行星运动的定律。他于1609年在他出版的《新天文学》上发表了关于行星运动的两条定律,又于1618年,发现了第三条定律。

开普勒三大定律

开普勒三大定律内容

(1)开普勒第一定律

所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上。这就是开普勒第一定律,又称椭圆轨道定律。

(2)开普勒第二定律

对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。这就是开普勒第二定律,又称面积定律。

(3)开普勒第三定律

所以行星轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。这就是开普勒第三定律,又称周期定律。

若用a表示椭圆轨道的半长轴,T表示公转周期,则有:

开普勒定律公式描述

其中,k是一个与行星无关的常量。

开普勒研究开普勒三大规律的背景

对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点。在当时的研究中,基本上学术界公认的天体运动模式为标准的圆周运动。

开普勒很幸运地能够得到著名丹麦天文学家第谷·布拉赫20多年所观察与收集的非常精确的天文资料。在前人第谷遗留下来的数据资料中,火星运动情况的资料是最丰富的,而哥白尼的理论在火星轨道上的偏离也是最大的。

刚开始研究时,开普勒用正圆编制火星的运行表,发现火星运行情况总是出轨。

他便将正圆改为偏心圆,在进行了无数次的试验后,他找到了与事实较为符合的方案。可是,依照这个方法来预测卫星的位置,却跟第谷的数据不符,产生了8分的误差。

这8分的误差相当于秒针0.02秒瞬间转过的角度。

开普勒坚信第谷的实验数据是可信的(这也是开普勒三大定律发现的基石),那错误出在什么地方呢?正是这个不容忽略的8分使开普勒走上了天文学改革的道路。

他敏感的意识到:火星的轨道并不是一个标准的圆周。这是天文学上一个重大的发现,就像是牛顿被苹果砸到而思索出万有引力一样。

他对“完美”的神运动(匀速圆周运动)发起质疑,开普勒将火星轨道确定为椭圆,经过近6年的大量计算,开普勒得出了第一定律和第二定律,。又经过10年的大量计算,得出了第三定律。这些论点,大大地动摇了当时的天文学与物理学。

开普勒用三角定点法测出地球的轨道也是椭圆,断定它运动的线速度跟它与太阳的距离有关。

后来,英国物理学家牛顿利用他的第二定律和万有引力定律,在数学上严格地证明开普勒定律,也让人们从数学的角度了解到了其中的物理意义。

参考文献

万有引力定律http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43180.html

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