ヨハネス・ケプラーの運動の法則を探る

太陽系の惑星と彗星は、太陽の周りをわずかに楕円形の軌道をたどります。月や他の衛星も、惑星の周りで同じことをしています。この図は、縮尺どおりではありませんが、軌道の形状を示しています。 NASA

宇宙のすべては動いています。月は惑星を周回し、惑星は恒星を周回します。銀河の中には何百万もの星があり、非常に大きなスケールで、銀河は巨大なクラスターで周回しています。太陽系のスケールでは、ほとんどの軌道が楕円形 (一種の平らな円) であることがわかります。恒星や惑星に近い天体ほど軌道が速く、遠くにある天体ほど軌道が長くなります。

空の観測者がこれらの動きを理解するのに長い時間がかかりました. ヨハネス・ケプラー （1571年から1630年まで住んでいた人）。彼は大きな好奇心と、惑星が空をさまよっているように見える惑星の動きを説明したいという強い欲求を持って空を見ました。

ケプラーとは？

ケプラーはドイツの天文学者であり数学者であり、そのアイデアは惑星の運動に対する私たちの理解を根本的に変えました。彼の最も有名な業績は、デンマークの天文学者による彼の雇用に端を発しています。 ティコ・ブラーエ (1546-1601)。彼は 1599 年にプラハ (当時はドイツ皇帝ルドルフの宮廷の場所) に定住し、宮廷天文学者になりました。そこで彼は、数学の天才であるケプラーを雇って計算を実行させました。

ケプラーは、ティコに出会うずっと前から天文学を学んでいました。彼は、惑星が太陽の周りを回っているというコペルニクスの世界観を支持しました。ケプラーはまた、彼の観察と結論についてガリレオと通信しました。

最終的に、彼の研究に基づいて、ケプラーは天文学に関するいくつかの著作を書きました。 新しい天文学 、 世界のハーモニクス 、 と コペルニクス天文学の縮図 .彼の観測と計算は、後の世代の天文学者に彼の理論を構築するよう促しました。彼は光学の問題にも取り組み、特に屈折望遠鏡のより優れたバージョンを発明しました。ケプラーは非常に信心深い人物であり、生前のある時期に占星術の教義を信じていました。

ケプラーの骨の折れる仕事

ケプラーはティコ・ブラーエから、ティコが火星について行った観測を分析する仕事を割り当てられました。これらの観測には、プトレマイオスの測定値またはコペルニクスの発見のいずれとも一致しない惑星の位置の非常に正確な測定値が含まれていました。すべての惑星の中で、火星の予測された位置には最大の誤差があり、したがって最大の問題を引き起こしました。ティコのデータは、望遠鏡が発明される前に入手できた最高のものでした。ケプラーに彼の援助にお金を払っている間、ブラーエは彼のデータを嫉妬深く守り、ケプラーは彼が仕事をするために必要な数字を得るのにしばしば苦労しました.

正確なデータ

ティコの死後、ケプラーはブラーエの観測データを入手し、その意味を解明しようとしました。同年、1609年 ガリレオ・ガリレイ 最初に望遠鏡を天に向けたとき、ケプラーは答えと思われるものを垣間見ました。ティコの観測の正確さは、ケプラーが火星の軌道が楕円 (細長いほぼ卵形の円の形状) の形状に正確に適合することを示すのに十分でした。

パスの形状

彼の発見により、ヨハネス・ケプラーは、太陽系の惑星が円ではなく楕円運動をしていることを最初に理解しました。彼は調査を続け、最終的に惑星運動の 3 つの原理を開発しました。これらはケプラーの法則として知られるようになり、惑星天文学に革命をもたらしました。ケプラーの数年後、 アイザック・ニュートン卿 ケプラーの法則の 3 つすべてが、さまざまな巨大な物体の間で働く力を支配する重力と物理学の法則の直接的な結果であることを証明しました。では、ケプラーの法則とは何ですか?ここでは、科学者が軌道運動を説明するために使用する用語を使用して、それらを簡単に見ていきます。

ケプラーの第一法則

ケプラーの第 1 法則は、「すべての惑星は、太陽を 1 つの焦点に、もう 1 つの焦点を空にして楕円軌道を移動する」と述べています。これは、太陽の周りを回る彗星にも当てはまります。地球衛星に適用すると、地球の中心が 1 つの焦点になり、他の焦点は空になります。

ケプラーの第二法則

ケプラーの第 2 法則は、面積の法則と呼ばれます。この法則は、「惑星と太陽を結ぶ線は、等しい時間間隔で等しい面積を掃引する」と述べています。法則を理解するには、衛星がいつ周回するかを考えてみてください。それを地球に結ぶ架空の線は、等しい期間に等しい面積を掃引します。セグメント AB と CD をカバーするのにかかる時間は同じです。したがって、地球の中心からの距離に応じて、衛星の速度が変化します。速度は、軌道上で地球に最も近い点 (近地点) で最大になり、地球から最も遠い点 (遠地点) で最も遅くなります。衛星がたどる軌道は、その質量に依存しないことに注意することが重要です。

ケプラーの第三法則

ケプラーの第 3 法則は周期の法則と呼ばれます。この法則は、惑星が太陽の周りを 1 回完全に周回するのに必要な時間を、太陽からの平均距離に関連付けます。この法則は、「どの惑星でも、その公転周期の 2 乗は、太陽からの平均距離の 3 乗に正比例する」と述べています。地球の衛星に適用されるケプラーの第 3 法則は、衛星が地球から遠いほど、軌道を完了するのに時間がかかり、軌道を完了するために移動する距離が長くなり、平均速度が遅くなることを説明しています。これを別の方法で考えると、衛星は地球に最も近いときに最も速く動き、遠くにあるときは遅くなります。

によって編集キャロリン・コリンズ・ピーターセン.