开普勒及其揭示的哪三定律?

发布网友发布时间：2022-05-18 14:23

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热心网友时间：2023-10-18 01:50

在哥白尼之后，丹麦有位著名的观测家，名叫第谷。他通晓哥白尼的学说，然而他却不赞成“日心说”。他对天体运行的规律提出了一种既不同于“地心说”又有别于“日心说”的方案，认为月亮、太阳绕着地球转，而行星围绕着太阳转。当然，这种方案是不正确的。但非常重要的是，第谷从事过长期的天文观测。他在丹麦的一座天文台进行过20多年的天文观测，这座天文台拥有当时最好的天文观测仪器，而这些仪器中有许多是第谷亲自设计的。第谷对诸行星的观测都是十分精确的，而每次观测都作了详详细细的观测记录。在20多年积累下来的大批观测记录。

第谷的几位助手中，有一位德国人，他的名字叫开普勒。在学生时代，开普勒便对数学和天文学有着浓厚的兴趣。由于发表过有利于哥白尼学说的见解，为此受到天主教徒的*，几经迁移，最后不得不迁住布拉格。也正因为这样，他才有机会当上第谷的助手。开普勒当第谷的助手时间不长，第谷便去世了。在以后的岁月里，开普勒更加勤奋地工作，他醉心于将行星的运行规律用某种数学形式表示出来。为此，他致力于研究他的老师第谷生前留下来的大量观测资料。

哥白尼的行星轨道是正圆形的。这是因为当时的人们认为，圆周是最完善、最美的图形，同时从当时的观测结果来看，行星的轨道也几乎与正圆形没有什么差别。

根据第谷的资料，开普勒发现，哥白尼的圆形轨道只是近似的，而行星的实际轨道并不是以太阳为中心的正圆周。对此，开普勒进行了大量的分析与计算。他曾精细地采用各种各样的圆组合曲线，企图用此来说明行星的轨道。但无论如何组合，也不能与第谷的观测资料相符。而对于老师的观测记录，开普勒是深信不疑的。于是，他摒弃了完美的圆形轨道以及圆组合轨道的设想，最后终于找到椭圆轨道这种形式作为行星运行的轨道。开普勒采用这种形式的轨道以后，计算的结果与观测的实际位置完全吻合。至此，他确定，行星轨道是椭圆形的而不是圆形的。他终于找到了哥白尼学说与实际情况偏差的根源。在这个基础上，开普勒总结出了行星运动的三个重要定律——著名的开普勒三定律：

第一，各行星都沿着各自的椭圆轨道运行，而太阳位于椭圆的一个焦点上。这些椭圆与圆周比较接近，当要求不十分精确时，可以把它们当成圆周；

第二，在行星运动中，行星与太阳之间的连线在任意相等的时间内扫过同样的面积。不难看出，行星靠近太阳时，速度快，远离太阳时，速度慢；

第三，各行星绕太阳公转一周的时间T(称为周期)的平方跟轨道的平均半径r(即太阳到行星的平均距离)的立方成正比。

用这些定律计算出来的行星位置，是十分准确的。至此，人们对各个行星是如何运动的这个问题就已得到比较满意的解决。这时摆在人们面前的问题已经变成：行星为什么按这三个定律运行？