I. Kepler vietti koko elämänsä yrittäessään todistaa, että aurinkokuntamme on jonkinlainen mystinen taide. Aluksi hän yritti todistaa, että järjestelmän rakenne on samanlainen kuin muinaisen kreikkalaisen geometrian säännölliset polyhedrat. Keplerin aikaan tiedettiin olevan kuusi planeettaa. Uskottiin, että ne oli sijoitettu kristallipalloihin. Tiedemiehen mukaan nämä pallot sijaitsivat siten, että oikeanmuotoiset polyhedronit sopivat tarkasti viereisten pallojen väliin. Jupiterin ja Saturnuksen väliin on ulkoiseen ympäristöön kaiverrettu kuutio, johon pallo on kaiverrettu. Marsin ja Jupiterin välissä on tetraedri ja niin edelleen. Monien vuosien taivaankappaleiden havainnoinnin jälkeen Keplerin lait ilmestyivät, ja hän kumosi polyhedra-teoriansa.
Lait
Maailman geosentrinen Ptolemaioksen järjestelmä korvattiin heliosentrisellä järjestelmälläKopernikuksen luoma tyyppi. Vielä myöhemmin Kepler löysi Auringon ympärillä olevien planeettojen liikelait.
Monien vuosien planeettojen havainnoinnin jälkeen Keplerin kolme lakia ilmestyivät. Harkitse niitä artikkelissa.
Ensimmäinen
Keplerin ensimmäisen lain mukaan kaikki järjestelmämme planeetat liikkuvat suljettua käyrää pitkin, jota kutsutaan ellipsiksi. Valaisimemme sijaitsee yhdessä ellipsin polttopisteistä. Niitä on kaksi: nämä ovat kaksi käyrän sisällä olevaa pistettä, niiden etäisyyksien summa, joista mihin tahansa ellipsin pisteeseen on vakio. Pitkien havaintojen jälkeen tiedemies pystyi paljastamaan, että järjestelmämme kaikkien planeettojen kiertoradat sijaitsevat melkein samassa tasossa. Jotkut taivaankappaleet liikkuvat elliptisellä kiertoradalla lähellä ympyrää. Ja vain Pluto ja Mars liikkuvat pidennetymmällä kiertoradalla. Tämän perusteella Keplerin ensimmäistä lakia kutsuttiin ellipsien laiksi.
Toinen laki
Kehojen liikkeitä tutkimalla tiedemies voi todeta, että planeetan nopeus on suurempi aikana, jolloin se on lähempänä aurinkoa, ja pienempi, kun se on suurimmalla etäisyydellä Auringosta (näitä ovat perihelion ja aphelion pisteet).
Keplerin toinen laki sanoo seuraavaa: jokainen planeetta liikkuu tähteemme keskustan läpi kulkevassa tasossa. Samaan aikaan auringon ja tutkittavan planeetan yhdistävä sädevektori kuvaa yhtäläisiä alueita.
Siten on selvää, että kappaleet liikkuvat keltaisen kääpiön ympärillä epätasaisesti ja niillä on maksiminopeus perihelionissa ja pienin nopeus aphelionissa. Käytännössä tämä näkyy maan liikkeestä. Vuosittain tammikuun alussaplaneettamme liikkuu nopeammin perihelionin läpi kulkiessaan. Tästä johtuen Auringon liike ekliptikalla on nopeampaa kuin muina vuodenaikoina. Heinäkuun alussa Maa liikkuu aphelionin läpi, mikä saa Auringon liikkumaan hitaammin ekliptiikkaa pitkin.
Kolmas laki
Keplerin kolmannen lain mukaan syntyy yhteys tähteen ympärillä olevien planeettojen kierrosajan ja sen keskimääräisen etäisyyden välillä. Tiedemies sovelsi tätä lakia kaikkiin järjestelmämme planeetoihin.
Lakien selitys
Keplerin lait voidaan selittää vasta sen jälkeen, kun Newton löysi painovoimalain. Sen mukaan fyysiset esineet osallistuvat gravitaatiovuorovaikutukseen. Sillä on universaali universaalisuus, joka vaikuttaa kaikkiin materiaalityypin ja fyysisten kenttien esineisiin. Newtonin mukaan kaksi paikallaan olevaa kappaletta vaikuttavat keskenään voimalla, joka on verrannollinen niiden painon tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisten rakojen neliöön.
Suuttunut liike
Aurinkokuntamme kappaleiden liikettä ohjaa keltaisen kääpiön painovoima. Jos kappaleita vetäisi puoleensa vain Auringon voima, niin planeetat liikkuisivat sen ympärillä täsmälleen Keplerin liikelakien mukaisesti. Tällaista liikettä kutsutaan häiriöttömäksi tai kepleriläiseksi.
Itse asiassa kaikki järjestelmämme objektit eivät houkuttele ainoastaan valomme vaan myös toisiaan. Siksi mikään kappaleista ei voi liikkua tarkasti ellipsiä, hyperbeliä tai ympyrää pitkin. Jos kappale poikkeaa Keplerin laeista liikkeen aikana, niin tämäkutsutaan häiriöksi, ja itse liikettä kutsutaan häiriöksi. Sitä pidetään todellisena.
Taivaankappaleiden kiertoradat eivät ole kiinteitä ellipsejä. Muiden kappaleiden vetovoiman aikana kiertoradan ellipsi muuttuu.
I. Newtonin panos
Isaac Newton pystyi päättelemään Keplerin planeettojen liikkeen laeista yleisen painovoiman lain. Newton käytti universaalia gravitaatiota ratkaistakseen kosmis-mekaanisia ongelmia.
Iisakin jälkeen edistystä taivaanmekaniikan alalla oli sen matemaattisen tieteen kehitys, jota käytettiin Newtonin lakeja ilmaisevien yhtälöiden ratkaisemiseen. Tämä tiedemies pystyi osoittamaan, että planeetan painovoima määräytyy sen etäisyyden ja massan perusteella, mutta sellaisilla indikaattoreilla kuin lämpötila ja koostumus ei ole vaikutusta.
Newton osoitti tieteellisessä työssään, että Keplerin kolmas laki ei ole täysin tarkka. Hän osoitti, että laskennassa on tärkeää ottaa huomioon planeetan massa, koska planeettojen liike ja paino liittyvät toisiinsa. Tämä harmoninen yhdistelmä osoittaa Keplerin lakien ja Newtonin painovoimalain välisen suhteen.
Astrodynamiikka
Newtonin ja Keplerin lakien soveltamisesta tuli perusta astrodynamiikan syntymiselle. Tämä on taivaanmekaniikan haara, joka tutkii keinotekoisesti luotujen kosmisten kappaleiden, nimittäin satelliittien, planeettojen välisten asemien, eri alusten, liikettä.
Astrodynamiikka laskee avaruusalusten kiertoradat ja määrittää myös mitkä parametrit laukaistaan, millä kiertoradalla laukaistaan, mitä liikkeitä on suoritettava,painovoimavaikutuksen suunnittelu aluksiin. Ja nämä eivät suinkaan ole kaikkia käytännön tehtäviä, jotka asetetaan astrodynamiikan edelle. Kaikkia saatuja tuloksia käytetään monenlaisissa avaruustehtävissä.
Astrodynamiikka liittyy läheisesti taivaanmekaniikkaan, joka tutkii luonnollisten kosmisten kappaleiden liikkumista painovoiman vaikutuksesta.
Kierrät
Rataradalla ymmärrä pisteen liikerata tietyssä avaruudessa. Taivaanmekaniikassa uskotaan yleisesti, että toisen kappaleen painovoimakentässä olevan kappaleen liikeradalla on paljon suurempi massa. Suorakaiteen muotoisessa koordinaattijärjestelmässä liikerata voi olla kartioleikkauksen muodossa, ts. edustaa paraabeli, ellipsi, ympyrä, hyperbola. Tässä tapauksessa kohdistus on sama kuin järjestelmän keskipiste.
Pitkän aikaa uskottiin, että kiertoradan tulee olla pyöreitä. Tiedemiehet yrittivät melko pitkään valita täsmälleen pyöreän version liikkeestä, mutta he eivät onnistuneet. Ja vain Kepler pystyi selittämään, että planeetat eivät liiku ympyräradalla, vaan pitkänomaisella kiertoradalla. Tämä mahdollisti kolmen lain löytämisen, jotka voisivat kuvata taivaankappaleiden liikettä kiertoradalla. Kepler löysi seuraavat kiertoradan elementit: kiertoradan muodon, k altevuuden, kehon kiertoradan tason sijainnin avaruudessa, kiertoradan koon ja ajoituksen. Kaikki nämä elementit määrittelevät kiertoradan sen muodosta riippumatta. Laskelmissa pääkoordinaattitaso voi olla ekliptiikan, galaksin, planeetan päiväntasaajan jne. taso.
Useita tutkimuksia osoittavat tämänkiertoradan geometrinen muoto voi olla elliptinen ja pyöristetty. On olemassa jako suljettuun ja avoimeen. Rataradan k altevuuskulman mukaan maan päiväntasaajan tasoon nähden kiertoradat voivat olla polaarisia, k altevia ja ekvatoriaalisia.
Kehon ympärillä tapahtuvan kierron ajan mukaan kiertoradat voivat olla synkronisia tai auringon synkronisia, synkronisia vuorokausia, kvasisynkronisia.
Kuten Kepler sanoi, kaikilla kappaleilla on tietty liikenopeus, ts. kiertoradan nopeus. Se voi olla vakio koko kehon ympärillä olevan verenkierron ajan tai muuttua.
