I. Ο Κέπλερ πέρασε όλη του τη ζωή προσπαθώντας να αποδείξει ότι το ηλιακό μας σύστημα είναι κάποιο είδος μυστικιστικής τέχνης. Αρχικά, προσπάθησε να αποδείξει ότι η δομή του συστήματος είναι παρόμοια με τα κανονικά πολύεδρα από την αρχαία ελληνική γεωμετρία. Την εποχή του Κέπλερ, ήταν γνωστό ότι υπήρχαν έξι πλανήτες. Πιστεύεται ότι ήταν τοποθετημένα σε κρυστάλλινες σφαίρες. Σύμφωνα με τον επιστήμονα, αυτές οι σφαίρες βρίσκονταν με τέτοιο τρόπο ώστε τα πολύεδρα της σωστής μορφής να ταιριάζουν ακριβώς ανάμεσα στις γειτονικές σφαίρες. Μεταξύ του Δία και του Κρόνου υπάρχει ένας κύβος εγγεγραμμένος στο εξωτερικό περιβάλλον στο οποίο είναι εγγεγραμμένη η σφαίρα. Μεταξύ του Άρη και του Δία είναι ένα τετράεδρο, και ούτω καθεξής. Μετά από πολλά χρόνια παρατήρησης ουράνιων αντικειμένων, εμφανίστηκαν οι νόμοι του Κέπλερ και αντέκρουσε τη θεωρία του για τα πολύεδρα.
Νόμοι
Το γεωκεντρικό Πτολεμαϊκό σύστημα του κόσμου αντικαταστάθηκε από το σύστημα του ηλιοκεντρικούτύπος που δημιουργήθηκε από τον Copernicus. Ακόμα αργότερα, ο Κέπλερ ανακάλυψε τους νόμους της κίνησης των πλανητών γύρω από τον Ήλιο.
Μετά από πολλά χρόνια παρατηρήσεων των πλανητών, εμφανίστηκαν οι τρεις νόμοι του Κέπλερ. Εξετάστε τα στο άρθρο.
First
Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Κέπλερ, όλοι οι πλανήτες στο σύστημά μας κινούνται κατά μήκος μιας κλειστής καμπύλης που ονομάζεται έλλειψη. Το φωτιστικό μας βρίσκεται σε μια από τις εστίες της έλλειψης. Υπάρχουν δύο από αυτά: αυτά είναι δύο σημεία μέσα στην καμπύλη, το άθροισμα των αποστάσεων από τις οποίες σε οποιοδήποτε σημείο της έλλειψης είναι σταθερό. Μετά από μακροχρόνιες παρατηρήσεις, ο επιστήμονας μπόρεσε να αποκαλύψει ότι οι τροχιές όλων των πλανητών στο σύστημά μας βρίσκονται σχεδόν στο ίδιο επίπεδο. Μερικά ουράνια σώματα κινούνται σε ελλειπτικές τροχιές κοντά σε έναν κύκλο. Και μόνο ο Πλούτωνας και ο Άρης κινούνται σε πιο επιμήκεις τροχιές. Με βάση αυτό, ο πρώτος νόμος του Κέπλερ ονομάστηκε νόμος των ελλείψεων.
Δεύτερος Νόμος
Η μελέτη της κίνησης των σωμάτων επιτρέπει στον επιστήμονα να διαπιστώσει ότι η ταχύτητα του πλανήτη είναι μεγαλύτερη κατά την περίοδο που βρίσκεται πιο κοντά στον Ήλιο και μικρότερη όταν βρίσκεται στη μέγιστη απόστασή του από τον Ήλιο (αυτές είναι οι σημεία περιηλίου και αφηλίου).
Ο δεύτερος νόμος του Κέπλερ λέει τα εξής: κάθε πλανήτης κινείται σε ένα επίπεδο που διέρχεται από το κέντρο του άστρου μας. Ταυτόχρονα, το διάνυσμα ακτίνας που συνδέει τον Ήλιο και τον υπό μελέτη πλανήτη περιγράφει ίσες περιοχές.
Έτσι, είναι σαφές ότι τα σώματα κινούνται γύρω από τον κίτρινο νάνο άνισα, και έχουν μέγιστη ταχύτητα στο περιήλιο και ελάχιστη ταχύτητα στο αφήλιο. Στην πράξη, αυτό φαίνεται από την κίνηση της Γης. Ετήσια στις αρχές Ιανουαρίουο πλανήτης μας, κατά τη διέλευση από το περιήλιο, κινείται πιο γρήγορα. Εξαιτίας αυτού, η κίνηση του Ήλιου κατά μήκος της εκλειπτικής είναι ταχύτερη από ό,τι σε άλλες εποχές του έτους. Στις αρχές Ιουλίου, η Γη κινείται μέσα από το αφήλιο, γεγονός που κάνει τον Ήλιο να κινείται πιο αργά κατά μήκος της εκλειπτικής.
Τρίτος Νόμος
Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Κέπλερ, δημιουργείται μια σύνδεση μεταξύ της περιόδου περιστροφής των πλανητών γύρω από το αστέρι και της μέσης απόστασής του από αυτό. Ο επιστήμονας εφάρμοσε αυτόν τον νόμο σε όλους τους πλανήτες του συστήματός μας.
Επεξήγηση νόμων
Οι νόμοι του Κέπλερ θα μπορούσαν να εξηγηθούν μόνο μετά την ανακάλυψη του νόμου της βαρύτητας από τον Νεύτωνα. Σύμφωνα με αυτό, τα φυσικά αντικείμενα συμμετέχουν στη βαρυτική αλληλεπίδραση. Έχει καθολική καθολικότητα, η οποία επηρεάζει όλα τα αντικείμενα του υλικού τύπου και τα φυσικά πεδία. Σύμφωνα με τον Νεύτωνα, δύο ακίνητα σώματα ενεργούν αμοιβαία μεταξύ τους με δύναμη ανάλογη με το γινόμενο του βάρους τους και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο των διακένων μεταξύ τους.
Κίνηση αγανακτισμένων
Η κίνηση των σωμάτων του ηλιακού μας συστήματος ελέγχεται από τη δύναμη της βαρύτητας του κίτρινου νάνου. Αν τα σώματα έλκονταν μόνο από τη δύναμη του Ήλιου, τότε οι πλανήτες θα κινούνταν γύρω του ακριβώς σύμφωνα με τους νόμους της κίνησης του Κέπλερ. Αυτός ο τύπος κίνησης ονομάζεται αδιατάρακτη ή Κεπλεριανή.
Στην πραγματικότητα, όλα τα αντικείμενα του συστήματός μας έλκονται όχι μόνο από το φωτιστικό μας, αλλά και το ένα από το άλλο. Επομένως, κανένα από τα σώματα δεν μπορεί να κινηθεί ακριβώς κατά μήκος μιας έλλειψης, μιας υπερβολής ή ενός κύκλου. Εάν ένα σώμα αποκλίνει από τους νόμους του Κέπλερ κατά τη διάρκεια της κίνησης, τότε αυτόονομάζεται διαταραχή και η ίδια η κίνηση ονομάζεται διαταραγμένη. Αυτό είναι που θεωρείται πραγματικό.
Οι τροχιές των ουράνιων σωμάτων δεν είναι σταθερές ελλείψεις. Κατά την έλξη από άλλα σώματα, η έλλειψη τροχιάς αλλάζει.
Συμβολή του I. Newton
Ο Ισαάκ Νεύτων ήταν σε θέση να συναγάγει από τους νόμους του Κέπλερ για την κίνηση των πλανητών το νόμο της παγκόσμιας έλξης. Ο Νεύτωνας χρησιμοποίησε την παγκόσμια βαρύτητα για να λύσει κοσμικομηχανικά προβλήματα.
Μετά τον Ισαάκ, η πρόοδος στον τομέα της ουράνιας μηχανικής ήταν η ανάπτυξη της μαθηματικής επιστήμης που χρησιμοποιήθηκε για την επίλυση των εξισώσεων που εκφράζουν τους νόμους του Νεύτωνα. Αυτός ο επιστήμονας μπόρεσε να διαπιστώσει ότι η βαρύτητα του πλανήτη καθορίζεται από την απόσταση από αυτόν και τη μάζα, αλλά δείκτες όπως η θερμοκρασία και η σύνθεση δεν έχουν καμία επίδραση.
Στην επιστημονική του εργασία, ο Νεύτων έδειξε ότι ο τρίτος νόμος του Κέπλερ δεν είναι απόλυτα ακριβής. Έδειξε ότι κατά τον υπολογισμό είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη η μάζα του πλανήτη, αφού η κίνηση και το βάρος των πλανητών σχετίζονται. Αυτός ο αρμονικός συνδυασμός δείχνει τη σχέση μεταξύ των νόμων του Κέπλερ και του νόμου της βαρύτητας του Νεύτωνα.
Αστροδυναμική
Η εφαρμογή των νόμων του Νεύτωνα και του Κέπλερ έγινε η βάση για την εμφάνιση της αστροδυναμικής. Αυτός είναι ένας κλάδος της ουράνιας μηχανικής που μελετά την κίνηση τεχνητά δημιουργημένων κοσμικών σωμάτων, συγκεκριμένα: δορυφόρους, διαπλανητικούς σταθμούς, διάφορα πλοία.
Η Αστροδυναμική ασχολείται με τους υπολογισμούς των τροχιών των διαστημικών σκαφών και καθορίζει επίσης ποιες παραμέτρους θα εκτοξευθεί, ποια τροχιά θα εκτοξευθεί, ποιοι ελιγμοί πρέπει να γίνουν,σχεδιασμός της βαρυτικής επίδρασης στα πλοία. Και αυτά δεν είναι σε καμία περίπτωση όλα τα πρακτικά καθήκοντα που τίθενται πριν από την αστροδυναμική. Όλα τα αποτελέσματα που λαμβάνονται χρησιμοποιούνται σε μια μεγάλη ποικιλία διαστημικών αποστολών.
Η αστροδυναμική σχετίζεται στενά με την ουράνια μηχανική, η οποία μελετά την κίνηση των φυσικών κοσμικών σωμάτων υπό την επίδραση της βαρύτητας.
Τοχιές
Κάτω από την τροχιά κατανοήστε την τροχιά ενός σημείου σε ένα δεδομένο χώρο. Στην ουράνια μηχανική, πιστεύεται συνήθως ότι η τροχιά ενός σώματος στο βαρυτικό πεδίο ενός άλλου σώματος έχει πολύ μεγαλύτερη μάζα. Σε ένα ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων, η τροχιά μπορεί να έχει τη μορφή κωνικής τομής, δηλ. να παριστάνεται με παραβολή, έλλειψη, κύκλο, υπερβολή. Σε αυτήν την περίπτωση, η εστίαση θα συμπίπτει με το κέντρο του συστήματος.
Για πολύ καιρό πίστευαν ότι οι τροχιές πρέπει να είναι στρογγυλές. Για αρκετό καιρό, οι επιστήμονες προσπαθούσαν να επιλέξουν ακριβώς την κυκλική εκδοχή της κίνησης, αλλά δεν τα κατάφεραν. Και μόνο ο Κέπλερ μπόρεσε να εξηγήσει ότι οι πλανήτες δεν κινούνται σε κυκλική τροχιά, αλλά σε επιμήκη τροχιά. Αυτό κατέστησε δυνατή την ανακάλυψη τριών νόμων που θα μπορούσαν να περιγράψουν την κίνηση των ουράνιων σωμάτων σε τροχιά. Ο Κέπλερ ανακάλυψε τα ακόλουθα στοιχεία της τροχιάς: το σχήμα της τροχιάς, την κλίση της, τη θέση του επιπέδου της τροχιάς του σώματος στο διάστημα, το μέγεθος της τροχιάς και το χρονοδιάγραμμα. Όλα αυτά τα στοιχεία ορίζουν μια τροχιά, ανεξάρτητα από το σχήμα της. Στους υπολογισμούς, το κύριο επίπεδο συντεταγμένων μπορεί να είναι το επίπεδο της εκλειπτικής, του γαλαξία, του πλανητικού ισημερινού κ.λπ.
Πολλαπλές μελέτες το δείχνουν αυτότο γεωμετρικό σχήμα της τροχιάς μπορεί να είναι ελλειπτικό και στρογγυλεμένο. Υπάρχει μια διαίρεση σε κλειστά και ανοιχτά. Σύμφωνα με τη γωνία κλίσης της τροχιάς προς το επίπεδο του ισημερινού της γης, οι τροχιές μπορεί να είναι πολικές, κεκλιμένες και ισημερινές.
Σύμφωνα με την περίοδο περιστροφής γύρω από το σώμα, οι τροχιές μπορεί να είναι σύγχρονες ή σύγχρονες με τον ήλιο, σύγχρονες-ημερήσιες, σχεδόν σύγχρονες.
Όπως είπε ο Κέπλερ, όλα τα σώματα έχουν μια συγκεκριμένη ταχύτητα κίνησης, δηλ. τροχιακή ταχύτητα. Μπορεί να είναι σταθερή σε όλη την κυκλοφορία γύρω από το σώμα ή να αλλάζει.
