I. Кеплер прекара целия си живот, опитвайки се да докаже, че нашата слънчева система е някакво мистично изкуство. Първоначално той се опита да докаже, че структурата на системата е подобна на правилните полиедри от древногръцката геометрия. По времето на Кеплер се знае, че съществуват шест планети. Смятало се, че са поставени в кристални сфери. Според учения тези сфери са били разположени по такъв начин, че полиедрите с правилна форма да пасват точно между съседните сфери. Между Юпитер и Сатурн има куб, вписан във външната среда, в която е вписана сферата. Между Марс и Юпитер има тетраедър и т.н. След много години наблюдение на небесни обекти се появиха законите на Кеплер и той опроверга своята теория за полиедрите.
Закони
Геоцентричната птолемейска система на света беше заменена от системата на хелиоцентричнататип, създаден от Коперник. Още по-късно Кеплер открива законите за движение на планетите около Слънцето.
След много години наблюдения на планетите се появиха трите закона на Кеплер. Разгледайте ги в статията.
Първи
Съгласно първия закон на Кеплер, всички планети в нашата система се движат по затворена крива, наречена елипса. Нашето светило се намира в един от фокусите на елипсата. Има две от тях: това са две точки вътре в кривата, сумата от разстоянията, от която до която и да е точка на елипсата е постоянна. След продължителни наблюдения ученият успял да разкрие, че орбитите на всички планети в нашата система са разположени почти в една и съща равнина. Някои небесни тела се движат по елиптични орбити, близки до кръг. И само Плутон и Марс се движат в по-издължени орбити. Въз основа на това първият закон на Кеплер се нарича закон за елипсите.
Втори закон
Изследването на движението на телата позволява на учения да установи, че скоростта на планетата е по-голяма през периода, когато е по-близо до Слънцето, и по-малка, когато е на максималното си разстояние от Слънцето (това са точки на перихелий и афелий).
Вторият закон на Кеплер казва следното: всяка планета се движи в равнина, минаваща през центъра на нашата звезда. В същото време радиусният вектор, свързващ Слънцето и изследваната планета, описва равни площи.
По този начин става ясно, че телата се движат около жълтото джудже неравномерно и имат максимална скорост в перихелий и минимална скорост в афелия. На практика това се вижда от движението на Земята. Ежегодно в началото на януаринашата планета по време на преминаване през перихелий се движи по-бързо. Поради това движението на Слънцето по еклиптиката е по-бързо, отколкото през друго време на годината. В началото на юли Земята се движи през афелий, което кара Слънцето да се движи по-бавно по еклиптиката.
Трети закон
Съгласно третия закон на Кеплер се установява връзка между периода на въртене на планетите около звездата и средното й разстояние от нея. Ученият приложи този закон към всички планети от нашата система.
Обяснение на законите
Законите на Кеплер могат да бъдат обяснени само след откриването на закона за гравитацията от Нютон. Според него физическите обекти участват в гравитационно взаимодействие. Той има универсална универсалност, която засяга всички обекти от материалния тип и физически полета. Според Нютон две неподвижни тела действат взаимно едно с друго със сила, пропорционална на произведението на теглото им и обратно пропорционална на квадрата на пролуките между тях.
възмутено движение
Движението на телата на нашата слънчева система се контролира от силата на гравитацията на жълтото джудже. Ако телата бяха привлечени само от силата на Слънцето, тогава планетите щяха да се движат около него точно според законите на движението на Кеплер. Този тип движение се нарича невъзмутимо или Кеплеровско.
Всъщност всички обекти от нашата система са привлечени не само от нашето светило, но и един от друг. Следователно нито едно от телата не може да се движи точно по елипса, хипербола или окръжност. Ако едно тяло се отклони от законите на Кеплер по време на движение, тогава товасе нарича смущение, а самото движение се нарича смущаващо. Това се счита за истинско.
Орбитите на небесните тела не са фиксирани елипси. По време на привличане от други тела, елипсата на орбитата се променя.
Принос на I. Newton
Исак Нютон успя да изведе от законите на Кеплер за движението на планетите закона за универсалната гравитация. Нютон използва универсалната гравитация за решаване на космическо-механични проблеми.
След Исак напредъкът в областта на небесната механика е развитието на математическата наука, използвана за решаване на уравненията, изразяващи законите на Нютон. Този учен успя да установи, че гравитацията на планетата се определя от разстоянието до нея и масата, но такива показатели като температура и състав нямат ефект.
В своята научна работа Нютон показа, че третият закон на Кеплер не е напълно точен. Той показа, че при изчисляване е важно да се вземе предвид масата на планетата, тъй като движението и теглото на планетите са свързани. Тази хармонична комбинация показва връзката между законите на Кеплер и закона за гравитацията на Нютон.
Астродинамика
Прилагането на законите на Нютон и Кеплер стана основа за възникването на астродинамиката. Това е клон на небесната механика, който изучава движението на изкуствено създадени космически тела, а именно: спътници, междупланетни станции, различни кораби.
Астродинамиката се занимава с изчисления на орбитите на космическите кораби, а също така определя какви параметри да изстреля, коя орбита да изстреля, какви маневри трябва да се извършат,планиране на гравитационния ефект върху корабите. И това съвсем не са всички практически задачи, които се поставят пред астродинамиката. Всички получени резултати се използват в голямо разнообразие от космически мисии.
Астродинамиката е тясно свързана с небесната механика, която изучава движението на естествените космически тела под въздействието на гравитацията.
Орбити
Под орбита разбирайте траекторията на точка в дадено пространство. В небесната механика обикновено се смята, че траекторията на едно тяло в гравитационното поле на друго тяло има много по-голяма маса. В правоъгълна координатна система траекторията може да бъде под формата на конично сечение, т.е. да бъдат представени с парабола, елипса, кръг, хипербола. В този случай фокусът ще съвпадне с центъра на системата.
Дълго време се смяташе, че орбитите трябва да са кръгли. Дълго време учените се опитваха да изберат точно кръговата версия на движението, но не успяха. И само Кеплер успя да обясни, че планетите не се движат по кръгова орбита, а по удължена орбита. Това направи възможно откриването на три закона, които биха могли да опишат движението на небесните тела в орбита. Кеплер открива следните елементи на орбитата: формата на орбитата, нейния наклон, положението на равнината на орбитата на тялото в пространството, размера на орбитата и времето. Всички тези елементи определят орбита, независимо от нейната форма. При изчисленията основната координатна равнина може да бъде равнината на еклиптиката, галактиката, планетарния екватор и т.н.
Много изследвания показват товагеометричната форма на орбитата може да бъде елипсовидна и заоблена. Има разделение на затворени и отворени. Според ъгъла на наклон на орбитата спрямо равнината на земния екватор, орбитите могат да бъдат полярни, наклонени и екваториални.
Според периода на въртене около тялото, орбитите могат да бъдат синхронни или слънчево-синхронни, синхронно-дневни, квазисинхронни.
Както каза Кеплер, всички тела имат определена скорост на движение, т.е. орбитална скорост. Тя може да бъде постоянна по време на цялата циркулация около тялото или да се променя.
