开普勒定律——行星运动的定律

2019-02-27 22:26:58 围观 : 156
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  开普勒第二定律也被称为等面积定律,在相同时间内,行星围绕恒星公转时,行星与恒星之间的线段划过的面积相等。开普勒对等面积定律的发现同样得益于他对第谷观测资料的细心总结与研究,这种对科学事实的尊重与敢于探索和创新的精神值得我们学习。

  开普勒第一定律也被称为轨道定律,说的是所有行星围绕恒星公转的轨迹都是椭圆形的,并且恒星位于椭圆轨道的一个焦点处。开普勒发现第一定律是受到了当时的天文学家第谷的观测结果的启发。当时开普勒受到第谷的邀请,去布拉格天文台工作,第谷去世后他便成为天文台的继任者,在他整理第谷的数据时发现,按照哥白尼等人的理论,演算出来的数据与第谷的观测数据完全无法对应,他坚信观测到的数据更为可信,于是推翻了之前的圆周运动假设,发现了开普勒第一定律。

  开普勒第三定律也被称为周期定律,说的是各个行星绕太阳的椭圆轨道的半长轴的立方和它们公转周期的平方成正比。也就是说行星公转时在近恒星处速度更快,在远恒星处速度更慢。这个定律也成为牛顿发现万有引力定律的一个基础。而事实上,在中国古代,也有这样类似于开普勒第三定律的思想萌芽。中国古人在制订历法、天象观测等过程中积累了许多与天文有关的经验,唐代僧一行就对太阳在一年四季中运动的快慢做出了这样的描述:“南至,其行最急,急而渐慢,至春分及中而后退。迨日北至,其行最舒,而渐益之,以至秋分又及中而后益急。”这种描述实际上就是地球围绕太阳公转在近日点快、远日点慢的一种体现。

  开普勒定律在一定程度上是对哥白尼定律的一个改进,如果将行星运动的轨迹由椭圆形改为理想的正圆形,那么开普勒定律就和哥白尼定律一致。哥白尼认为,行星的运动轨迹是一个圆形,恒星位于行星的中心,并且行星围绕恒星做匀速运动。

  开普勒定律是由开普勒发现的关于行星运动的三大定律,他主张地球是在不断运动的;行星围绕恒星公转的轨道不是正圆形而是椭圆形的;行星公转的速度也不恒定,而是在近恒星处速度最快,在远恒星处速度变慢。这三点主张也是开普勒三定律的通俗体现。开普勒在1609年出版的《新天文学》杂志上发表了关于行星运动的第一和第二定律,并在1618年公开了第三定律的发现。这些定律的公开发表,对当时流行的亚里士多德学派产生了极大的冲击,引发了接近一百年的讨论,后来由牛顿在数学上证明了开普勒定律,才开始引导人们了解开普勒定律背后的物理意义。