快捷搜索:  汽车  科技

开普勒行星运动定律与什么有关(发明创造的故事)

开普勒行星运动定律与什么有关(发明创造的故事)1600年,30岁的开普勒贸然给素不相识的丹麦天文学家第谷写信。他把自己研究天文学的成果和想法告诉了第谷。第谷看后,对开普勒的才华惊叹不已,立即写信邀请他来当自己的助手。但是开普勒来到第谷的身边仅10个月,老人便去世了。开普勒继承了这位老人留下的非常宝贵的资料,其中包括老人对火星运动的观测。17岁那年,开普勒进入了连蒂宾根大学学习,攻读神学,1591年他获得了神学硕士学位。但因父亲负债累累,使他不得不中途退学。由于他体弱多病,他的父母认为他只适合做一名牧师,因为这个职业轻松一些。可是开普勒的数学才华非常出众,当他了解到一些有关自然科学的理论之后,就把当牧师的想法抛得一干二净,终于在奥地利的一所大学里教了自然科学。②面积定律:行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。③调和定律:所有行星绕太阳一周的恒星时间(周期T)的平方与它们轨道长半轴(a)的立方成比例,即:开普勒(1571-16

德国开普勒提出行星运动三定律

开普勒行星运动定律与什么有关(发明创造的故事)(1)

德国天文学家开普勒

开普勒定律是德国天文学家开普勒提出的关于行星运动的三大定律。第一和第二定律发表于1609年,是开普勒从天文学家第谷观测火星位置所得资料中总结出来的;第三定律发表于1619年。这三大定律又分别称为椭圆定律、面积定律和调和定律。

①椭圆定律:所有行星绕太阳的轨道都是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上。

开普勒行星运动定律与什么有关(发明创造的故事)(2)

②面积定律:行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。

开普勒行星运动定律与什么有关(发明创造的故事)(3)

③调和定律:所有行星绕太阳一周的恒星时间(周期T)的平方与它们轨道长半轴(a)的立方成比例,即:

开普勒行星运动定律与什么有关(发明创造的故事)(4)

开普勒(1571-1630),德国天文学家。开普勒于1571年12月27日出生在一个德国小市民家庭。他一来到人世间就遭到了许多不幸,天花使他成了麻子,猩红热弄坏了他的双眼。

17岁那年,开普勒进入了连蒂宾根大学学习,攻读神学,1591年他获得了神学硕士学位。但因父亲负债累累,使他不得不中途退学。由于他体弱多病,他的父母认为他只适合做一名牧师,因为这个职业轻松一些。可是开普勒的数学才华非常出众,当他了解到一些有关自然科学的理论之后,就把当牧师的想法抛得一干二净,终于在奥地利的一所大学里教了自然科学。

1600年,30岁的开普勒贸然给素不相识的丹麦天文学家第谷写信。他把自己研究天文学的成果和想法告诉了第谷。第谷看后,对开普勒的才华惊叹不已,立即写信邀请他来当自己的助手。但是开普勒来到第谷的身边仅10个月,老人便去世了。开普勒继承了这位老人留下的非常宝贵的资料,其中包括老人对火星运动的观测。

约翰·开普勒接替了第谷的工作,开始编制鲁道夫星表。但开普勒的兴趣和注意力却更多地放在改进和完善哥白尼的日心说上,在探讨行星轨道性质的研究上。他发现第谷的观测数据,与哥白尼体系、托勒密体系都不符合。他决心寻找这种不一致的原因和行星运行的真实轨道。

最初的研究从观测与理论差异突出的火星着手。他运用传统的匀速圆周运动加偏心圆来计算,均遭到失败。经过长达4年近70次各种行星轨道形状设计方案的计算,开普勒认识到哥白尼体系的匀速圆周运动和偏心圆的轨道模式与火星的实际运动轨道不符。于是他大胆地抛弃了统治人类思想达2000年之久的“匀速圆周运动”偏见,尝试用别的几何曲线来表示火星轨道的形状。他认为行星运动轨道的焦点应该在产生引力中心的太阳上,并进而断定火星运动的线速度不是匀速的,近太阳时快些,远太阳时慢些 并得出结论:太阳至火星的半径在一天内扫过的面积是相等的。开普勒把这结论推广到其他行星上,结果也是与观测数据相符。

就这样,他首先得到了行星运行的等面积定律。随后他发现火星运行的轨道不是正圆,而是焦点位于太阳上的椭圆,他把这结论应用于其他行星也是适用的。于是他又得到了行星运行的椭圆轨道定律。这两条定律发表在他1609年出版的《新天文学》一书上。但他对自己取得的成就还不满足。他渴望找到一种能适合所有行星的总体模式,把各行星联系在一起。他坚信存在着一个把全体行星完整地联系在一起的简单法则。

在这个信念鼓舞下,开普勒忍受着个人在家庭方面遭受的巨大不幸,在很少有人了解和支持的困难条件下,经过九年的反复计算和假设,终于在1618年找到在大量观测数据后面隐匿的数的和谐性:行星公转周期的平方与它们到太阳的平均距离的立方成正比。这就是周期定律。为牛顿发现万有引力定律打下了基础。

在第谷的工作基础上,开普勒经过大量的计算,编制成《鲁道夫星表》,表中列出了1005颗恒星的位置。这个星表比其他星表要精确得多,因此直到十八世纪中叶,《鲁道夫星表》仍然被天文学家和航海家们视为珍宝,它的形式几乎没有改变地保留到今天。

开普勒主要著作有《宇宙的神秘》、《光学》、《宇宙和谐论》、《哥白尼天文学概要》、《彗星论》和《稀奇的1631年天象》等。其中,在《宇宙和谐论》中,开普勒找到了最简单的世界体系,只需7个椭圆就可以描述天体运动的体系了;在《彗星论》中,他指出彗星的尾巴总是背着太阳,是因为太阳排斥彗头的物质造成的,这是距今半个世纪以前对辐射压力存在的正确预言;此外,开普勒还发现了大气折射的近似定律。为了纪念开普勒的功绩,国际天文学联合会决定将1134号小行星命名为开普勒小行星。

猜您喜欢: