I. Kepler spędził całe życie na próbie udowodnienia, że nasz Układ Słoneczny jest rodzajem mistycznej sztuki. Początkowo próbował udowodnić, że budowa systemu jest podobna do wielościanów foremnych ze starożytnej geometrii greckiej. W czasach Keplera istniało sześć planet. Wierzono, że umieszczono je w kryształowych kulach. Zdaniem naukowca sfery te zostały umieszczone w taki sposób, aby wielościany o prawidłowej formie pasowały dokładnie pomiędzy sąsiednimi sferami. Pomiędzy Jowiszem a Saturnem znajduje się sześcian wpisany w środowisko zewnętrzne, w które wpisana jest kula. Między Marsem a Jowiszem jest czworościan i tak dalej. Po wielu latach obserwacji ciał niebieskich pojawiły się prawa Keplera, które obaliły jego teorię wielościanów.
Prawa
Geocentryczny ptolemejski system świata został zastąpiony systemem heliocentrycznymtyp stworzony przez Kopernika. Jeszcze później Kepler odkrył prawa ruchu planet wokół Słońca.
Po wielu latach obserwacji planet pojawiły się trzy prawa Keplera. Rozważ je w artykule.
Pierwszy
Zgodnie z pierwszym prawem Keplera wszystkie planety w naszym układzie poruszają się po zamkniętej krzywej zwanej elipsą. Nasza oprawa znajduje się w jednym z ognisk elipsy. Są dwa z nich: są to dwa punkty wewnątrz krzywej, suma odległości, od których do dowolnego punktu elipsy jest stała. Po długich obserwacjach naukowiec był w stanie ujawnić, że orbity wszystkich planet w naszym układzie leżą niemal na tej samej płaszczyźnie. Niektóre ciała niebieskie poruszają się po orbitach eliptycznych blisko koła. I tylko Pluton i Mars poruszają się po bardziej wydłużonych orbitach. Na tej podstawie pierwsze prawo Keplera nazwano prawem elips.
Drugie prawo
Badanie ruchu ciał pozwala naukowcowi ustalić, że prędkość planety jest większa w okresie, gdy jest ona bliżej Słońca, a mniejsza, gdy znajduje się ona w maksymalnej odległości od Słońca (są to punkty peryhelium i aphelium).
Drugie prawo Keplera mówi, co następuje: każda planeta porusza się w płaszczyźnie przechodzącej przez środek naszej gwiazdy. Jednocześnie wektor promienia łączący Słońce i badaną planetę opisuje równe obszary.
Tak więc jasne jest, że ciała poruszają się wokół żółtego karła nierównomiernie, osiągając maksymalną prędkość na peryhelium i minimalną prędkość na aphelium. W praktyce widać to z ruchu Ziemi. Corocznie na początku stycznianasza planeta podczas przechodzenia przez peryhelium porusza się szybciej. Z tego powodu ruch Słońca wzdłuż ekliptyki jest szybszy niż w innych porach roku. Na początku lipca Ziemia przechodzi przez aphelium, co powoduje, że Słońce porusza się wolniej wzdłuż ekliptyki.
Trzecie Prawo
Zgodnie z trzecim prawem Keplera ustala się związek między okresem obrotu planet wokół gwiazdy a jej średnią odległością od niej. Naukowiec zastosował to prawo do wszystkich planet naszego systemu.
Wyjaśnienie przepisów
Prawa Keplera można było wyjaśnić dopiero po odkryciu prawa grawitacji przez Newtona. Zgodnie z nią w oddziaływaniach grawitacyjnych biorą udział obiekty fizyczne. Ma uniwersalność uniwersalną, która dotyczy wszystkich obiektów typu materialnego i pól fizycznych. Według Newtona dwa ciała stacjonarne działają na siebie z siłą proporcjonalną do iloczynu ich masy i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odstępów między nimi.
Oburzony ruch
Ruch ciał naszego Układu Słonecznego jest kontrolowany przez siłę grawitacji żółtego karła. Gdyby ciała przyciągała tylko siła Słońca, planety poruszałyby się wokół niego dokładnie zgodnie z prawami ruchu Keplera. Ten rodzaj ruchu nazywa się niezakłóconym lub keplerowskim.
W rzeczywistości wszystkie obiekty naszego systemu są przyciągane nie tylko przez nasze oświetlenie, ale także przez siebie nawzajem. Dlatego żadne z ciał nie może poruszać się dokładnie po elipsie, hiperboli czy okręgu. Jeśli ciało odbiega od praw Keplera podczas ruchu, to jest tonazywa się perturbacją, a sam ruch nazywa się perturbacją. To jest uważane za prawdziwe.
Orbity ciał niebieskich nie są stałymi elipsami. Podczas przyciągania przez inne ciała zmienia się elipsa orbity.
Wkład I. Newtona
Isaac Newton był w stanie wydedukować z praw Keplera dotyczących ruchu planet prawo powszechnego ciążenia. Newton zastosował uniwersalną grawitację, aby rozwiązać problemy kosmiczno-mechaniczne.
Po Izaaku postęp w dziedzinie mechaniki nieba był rozwojem nauki matematycznej używanej do rozwiązywania równań wyrażających prawa Newtona. Naukowiec ten był w stanie ustalić, że grawitacja planety zależy od odległości do niej i masy, ale takie wskaźniki, jak temperatura i skład, nie mają żadnego wpływu.
W swojej pracy naukowej Newton wykazał, że trzecie prawo Keplera nie jest całkowicie dokładne. Pokazał, że przy obliczaniu ważne jest uwzględnienie masy planety, ponieważ ruch i masa planet są ze sobą powiązane. Ta harmoniczna kombinacja pokazuje związek między prawami Keplera a prawem grawitacji Newtona.
Astrodynamika
Zastosowanie praw Newtona i Keplera stało się podstawą powstania astrodynamiki. Jest to gałąź mechaniki niebieskiej, która bada ruch sztucznie stworzonych ciał kosmicznych, a mianowicie: satelitów, stacji międzyplanetarnych, różnych statków.
Astrodynamika zajmuje się obliczeniami orbit statków kosmicznych, a także określa jakie parametry wystrzelić, jaką orbitę wystrzelić, jakie manewry należy wykonać,planowanie wpływu grawitacji na statki. I to wcale nie są wszystkie praktyczne zadania, które są stawiane przed astrodynamiką. Wszystkie uzyskane wyniki są wykorzystywane w wielu różnych misjach kosmicznych.
Astrodynamika jest ściśle związana z mechaniką niebieską, która bada ruchy naturalnych ciał kosmicznych pod wpływem grawitacji.
Orbity
Pod orbitą zrozum trajektorię punktu w danej przestrzeni. W mechanice nieba powszechnie uważa się, że trajektoria ciała w polu grawitacyjnym innego ciała ma znacznie większą masę. W prostokątnym układzie współrzędnych trajektoria może mieć postać przekroju stożkowego, tj. być reprezentowane przez parabolę, elipsę, okrąg, hiperbolę. W takim przypadku fokus zbiegnie się ze środkiem systemu.
Przez długi czas uważano, że orbity powinny być okrągłe. Przez dość długi czas naukowcy próbowali wybrać dokładnie kołową wersję ruchu, ale im się to nie udało. I tylko Kepler był w stanie wyjaśnić, że planety nie poruszają się po orbicie kołowej, ale po wydłużonej. Umożliwiło to odkrycie trzech praw, które mogłyby opisywać ruch ciał niebieskich na orbicie. Kepler odkrył następujące elementy orbity: kształt orbity, jej nachylenie, położenie płaszczyzny orbity ciała w przestrzeni, wielkość orbity i czas. Wszystkie te elementy definiują orbitę, niezależnie od jej kształtu. W obliczeniach główną płaszczyzną współrzędnych może być płaszczyzna ekliptyki, galaktyki, równika planetarnego itp.
Wiele badań pokazuje, żegeometryczny kształt orbity może być eliptyczny i zaokrąglony. Istnieje podział na zamknięte i otwarte. Zgodnie z kątem nachylenia orbity do płaszczyzny równika Ziemi, orbity mogą być biegunowe, nachylone i równikowe.
Zgodnie z okresem obrotu wokół ciała, orbity mogą być synchroniczne lub synchroniczne ze słońcem, synchronicznie-dobowe, quasi-synchroniczne.
Jak powiedział Kepler, wszystkie ciała mają określoną prędkość ruchu, tj. prędkość orbitalna. Może być stały w całym krążeniu wokół ciała lub zmieniać się.
