开普勒的三大定律，解开了太阳系的神秘面纱

导语：开普勒的三大定律，解开了太阳系的神秘面纱

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说到开普勒三大定律,就不能不说丹麦天文学家第谷·布拉赫。正是由于参考了他的大量珍贵、精确的天文观测资料,开普勒才最终研究并发现了行星运动的三大定律,为牛顿万有引力定律的发现打下了基础。

作为一个天文爱好者,第谷从十几岁就开始查看星历表和天文学著作,并进行天文观测。1572年,第谷观测到一颗非常明亮的星星突然出现在了仙后座,他为此进行了连续几个月的观察,最终看到了这颗星星从明亮到消失的过程。后来人们知道这并非一颗新星的生成,而是一颗暗到几乎看不见的恒星在消失前发生爆炸的过程,这颗被发现的星星也被称为第谷超新星。

在1577年,一颗巨大的彗星出现在丹麦上空,第谷首次将彗星作为独立天体进行了观测。观测结果显示,彗星的轨道不可能是完美的圆周形,而应该是被拉长的,且由视差判断该彗星与地球的距离比地月的距离更远。

随后,第谷通过精确的星位测量,企图发现由地球运行而引起的恒星方位的改变,但结果一无所得。由此,他开始反对哥白尼的日心说,并在1583年出版的《论彗星》一书中提出一种介于地心说和日心说之间的理论,即地球是静止的中心,太阳围绕地球做圆周运动,除地球外的其他行星则围绕着太阳做圆周运动。这个理论曾度被人接受,中国明朝就使用了主要依据第谷的观测结果而编制的时宪历。

虽然第谷的行星模型很快就被淘汰了,但他的天文观测对科学革命来说是个重大的贡献。在第谷去世之后,他的助手开普勒利用他多年积累的观测资料,仔细分析研究并提出了行星运动的三大定律,从而揭开了行星运动的秘密。

针对哥白尼的日心说体系,开普勒曾做过这样的设想,即如果行星都在围绕太阳而不是地球运动,同时运行轨道又都是椭圆形的,那么每个行星的轨道就都会是一直向前的,也就不需要再添加什么复杂的本轮来进行调节了。这样一来,行星的运动不但可以用非常简单、优雅的轨道来描述,还可以解释那些不符合圆周运动轨道的行星运动的观测结果。在这个假设的基础上,开普勒参考第谷的大量观测资料,最终提出了行星运动的三大定律

开普勒第一定律,也叫椭圆定律、轨道定律:每一个行星都沿着各自的椭圆轨道绕太阳运行,而太阳则处在椭圆的一个焦点中。

开普勒第二定律,也叫等面积定律:在相同的时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的,这也就是说,行星与太阻的距离是时远时近的，在最接近太阳的地方,行星运行速度最快,在最远离太阳的地方,行星运行速度最慢。

开普勒第三定律,也叫周期定律:行星距离太阳越远,其运转周期越长,而它的运转周期的平方与它到太阳之间的距离的立方成正比。由这个定律可以导出,行星与太阳之间的引力与半径的平方成反比,这是牛顿万有引力定律的一个重要基础。

行星在椭圆轨道围绕太阳运动而不是以圆形轨道绕地球运动,这一结论直接印证了哥白尼的日心说理论，也说明了地球确确实实是围绕太阳运行的，解开了太阳系的神秘面纱，而开普勒三大定律的提出,对行星绕太阳运动做了一个基本完整、正确的描述,解决了天文学的一个基本问题,也为接下来牛顿发现万有引力定律奠定了坚实的基础。牛顿曾说:“如果说我比别人看得远些的话是因为我站在巨人的肩膀上。”毫无疑问,开普勒就是他所指的巨人之一。

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