Первый и второй законы Кеплера: как мы узнали о движении планет Солнечной системы

Итак, кто такой Иоганн Кеплер? И в чем суть его первого и второго законов? Рассказываем.

Также интересно Как приготовить горячий алкогольный коктейль Терпкий апельсин: попробовать себя в роли барMENа

Что люди Европы знали о движении планет в Солнечной системе до Кеплера

Иоганнес Кеплер очертил законы движения планет в начале XVII века. До тех пор рассуждения европейских людей о Солнечной системе и космосе в целом были хаотичными.

• Под влиянием христианской религии, которая называла Землю и человека венцом творений Бога, средневековая наука также считала Землю центром и Солнечной системы, и в целом Вселенной.
• Естественно, модели гелиоцентрические (предполагавшие, что не Солнце летает вокруг Земли, а наоборот) тоже были, и много – от Аристарха Самосского в Древней Греции до Николая Коперника в XVI веке.

Однако они рисовали орбиты планет правильными кругами. Законы же Кеплера объясняют звезду не как центр модели, а как фокусную точку, вокруг которой планеты движутся с переменной скоростью, зависимой от расстояния до звезды.

Кто такой Иоганнес Кеплер

Иоганн (Йоганнес) Кеплер родился в 1571. И увлекся астрономией еще с детства, наблюдая за кометой в 1577, затем – за лунным затмением в 1580. Увлечение длилось всю его жизнь.

• В 1600 году этот немецкий астроном и математик посетил Прагу, чтобы работать с известным ученым Тихо Браге.
• Тот видел потенциал Кеплера, и, говорят, даже немного завидовал ему.

Не раскрывая всех собственных подсчетов, Браге дал Кеплеру задачку – изучить орбиту Марса. И вот…

Тихо Браге и Иоганнес Кеплер / Иллюстрация с твиттера 1571johannes

И вот пока Браге совершенствовал свою геоцентрическую модель Солнечной системы (то есть с Землей в центре), Кеплер начал понимать, что не все так просто.

Первый и второй законы Кеплера

Орбита Марса плохо вписывалась в геоцентрическую модель. Плохо вписывалась она и в ранние модели Коперника, в которых орбиты планет выглядели как идеальные круги. Так Иоганн Кеплер и выяснил, что орбиты планет больше похожи на эллипсы.

Итак, имеем первый закон Кеплера: "Орбита планеты является эллипсом с Солнцем в одном из двух фокусов".

Стоит знать Галактическая юла и темная материя: самое интересное о размерах и структуре Млечного Пути

Что это за два фокуса? 

• Здесь нужно добавить немного математики и привести определение: эллипс – это линия вокруг двух точек фокусов, причем сумма расстояний до этих фокусов одинакова для каждой точки на линии.
• По Кеплеру, звезда находится в одной (приблизительно) из этих точек фокусов, а планета движется по линии эллипса (также, конечно, приблизительно).

Почему так?

• Планета и ее звезда вращаются вокруг общего центра масс, но масса звезды намного больше, чем масса планеты.
• Этот центр масс не просто расположен ближе к звезде, а вообще часто лежит даже под ее поверхностью.

Логично, тут же выплывает и второй закон Кеплера: когда планета находится ближе всего к своей звезде (в точке перигелия), то двигается быстрее всего. И наоборот, когда планета летит наиболее далеко от звезды (в афелии), то двигается медленнее всего.

А вот третий закон Иоганнес Кеплер сформулировал лишь спустя десять лет после первых двух. Подробно о нем – в следующей статье (ожидай на Men 24 утром воскресенья 30 января).