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开普勒定律——行星运动定律

2019-06-20原创本文被阅读过1403次[推荐][打印][保存][大字体][中字体][小字体]

对天文学有所了解的人,都会知道开普勒定律。由开普勒发现的关于行星运动的三大定律是近代天文学研究的基石,为许多的天文新发现提供了理论支撑。开普勒本人也因为这条定律的提出而被誉为“天空立法者”。

 

开普勒三大定律是什么?

 

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。他在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。在这样的矛盾下,他选择推翻了之前的圆周运动假设,于是发现了开普勒第一定律。

 

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。这一定律也是在开普勒对第谷观测资料的细心总结与研究的基础上形成的。

 

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。

 

开普勒三大定律提出的意义

 

开普勒三大定律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。在在一定程度上,开普勒定律是对哥白尼定律的一个改进,发展了哥白尼日心体系。原来,哥白尼受天体只能做匀速圆周运动的陈旧观念的束缚,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。而且为了使日心体系的计算结果能与实际的天象相吻合,他仍然因袭了均轮、本轮甚至本轮套本轮的旧例,以至于他的日心体系仍然要引进30多个大大小小的圆圈。开普勒摒弃了2000年来陈陈相因的均轮和本轮观念,以椭圆轨道描绘行星的运动,使太阳系的图像变得十分简洁明了。这为太阳系的研究奠定了坚实的基础。其次,行星运动三定律为万有引力定律的发现准备了条件。牛顿正是从这些定律推导出了万有引力定律。

 

回顾开普勒三大定律的发现过程,我们可以从中得知开普勒确实称得上是一个优秀的科学家,在细致整理前人数据时,能发现和现存学说之间存在的问题;发现问题后,不迷信权威,并在研究过程中脱离出当时逐步居主导地位的机械论和归纳法,通过自己的精巧推理和数学计算,提出新的学说并加以检验。开普勒定律的提出是天文学的一次飞跃式进步,也是开普勒科学精神的弘扬。

(作者:程方洁)
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