I. קפלר בילה את כל חייו בניסיון להוכיח שמערכת השמש שלנו היא סוג של אמנות מיסטית. בתחילה, הוא ניסה להוכיח שמבנה המערכת דומה לפוליהדרות רגילות מהגיאומטריה היוונית העתיקה. בזמן קפלר, ידוע על קיומם של שישה כוכבי לכת. האמינו שהם הוצבו בכדורי קריסטל. לדברי המדען, כדורים אלה היו ממוקמים בצורה כזו שפוליהדרונים בצורה הנכונה מתאימים בדיוק בין הספירות השכנות. בין יופיטר לשבתאי ישנה קובייה הרשומה בסביבה החיצונית שבה הכדור חרוט. בין מאדים לצדק נמצא טטרהדרון וכן הלאה. לאחר שנים רבות של התבוננות בעצמים שמימיים, הופיעו חוקי קפלר, והוא הפריך את התיאוריה שלו על הפוליהדרה.
חוקים
המערכת התלמית הגאוצנטרית של העולם הוחלפה במערכת ההליוצנטריתסוג שנוצר על ידי קופרניקוס. עדיין מאוחר יותר, קפלר גילה את חוקי התנועה של כוכבי הלכת מסביב לשמש.
לאחר שנים רבות של תצפיות על כוכבי הלכת, הופיעו שלושת החוקים של קפלר. שקול אותם במאמר.
First
לפי החוק הראשון של קפלר, כל כוכבי הלכת במערכת שלנו נעים לאורך עקומה סגורה הנקראת אליפסה. גוף התאורה שלנו ממוקם באחד ממוקדי האליפסה. יש שניים מהם: אלו שתי נקודות בתוך העקומה, סכום המרחקים שמהם לכל נקודה של האליפסה הוא קבוע. לאחר תצפיות ממושכות, הצליח המדען לגלות שהמסלולים של כל כוכבי הלכת במערכת שלנו ממוקמים כמעט באותו מישור. חלק מגרמי השמיים נעים במסלולים אליפטיים קרוב למעגל. ורק פלוטו ומאדים נעים במסלולים מוארכים יותר. על סמך זה, החוק הראשון של קפלר נקרא חוק האליפסים.
חוק שני
לימוד תנועת הגופים מאפשר למדען לקבוע שמהירות כוכב הלכת גדולה יותר בתקופה בה הוא קרוב יותר לשמש, ופחות כאשר הוא נמצא במרחק המרבי מהשמש (אלה הם נקודות של פריהליון ואפליון).
החוק השני של קפלר אומר את הדברים הבאים: כל כוכב לכת נע במישור העובר דרך מרכז הכוכב שלנו. במקביל, וקטור הרדיוס המחבר בין השמש לכוכב הלכת הנחקר מתאר שטחים שווים.
לכן, ברור שהגופים נעים סביב הגמד הצהוב בצורה לא אחידה, ובעל מהירות מקסימלית בפריהליון, ומהירות מינימלית באפליון. בפועל, ניתן לראות זאת מתנועת כדור הארץ. מדי שנה בתחילת ינוארכוכב הלכת שלנו, במהלך המעבר דרך הפריהליון, נע מהר יותר. בגלל זה, תנועת השמש לאורך האקליפטיקה מהירה יותר מאשר בתקופות אחרות של השנה. בתחילת יולי, כדור הארץ נע דרך האפליון, מה שגורם לשמש לנוע לאט יותר לאורך האקליפטיקה.
חוק שלישי
לפי החוק השלישי של קפלר, נוצר קשר בין תקופת המהפכה של כוכבי הלכת סביב הכוכב לבין המרחק הממוצע שלו ממנו. המדען החיל את החוק הזה על כל כוכבי הלכת של המערכת שלנו.
הסבר חוקים
ניתן היה להסביר את חוקי קפלר רק לאחר גילוי חוק הכבידה של ניוטון. לפיו, עצמים פיזיקליים לוקחים חלק באינטראקציה כבידתית. יש לו אוניברסליות אוניברסלית, המשפיעה על כל האובייקטים מהסוג החומרי והשדות הפיזיים. לפי ניוטון, שני גופים נייחים פועלים זה עם זה בכוח פרופורציונלי למכפלת משקלם וביחס הפוך לריבוע הפערים ביניהם.
תנועה ממורמרת
תנועת גופי מערכת השמש שלנו נשלטת על ידי כוח הכובד של הגמד הצהוב. אם גופים היו נמשכים רק על ידי כוח השמש, אז כוכבי הלכת היו נעים סביבה בדיוק לפי חוקי התנועה של קפלר. סוג זה של תנועה נקרא unperturbed או Keplerian.
למעשה, כל האובייקטים של המערכת שלנו נמשכים לא רק על ידי האור שלנו, אלא גם אחד על ידי השני. לכן, אף אחד מהגופים לא יכול לנוע בדיוק לאורך אליפסה, היפרבולה או מעגל. אם גוף חורג מחוקי קפלר במהלך תנועה, אז זהנקראת הפרעה, והתנועה עצמה נקראת הפרעה. זה מה שנחשב אמיתי.
מסלולים של גרמי שמים אינם אליפסות קבועות. במהלך משיכה על ידי גופים אחרים, אליפסת המסלול משתנה.
תרומה של I. Newton
אייזק ניוטון הצליח להסיק מחוקי התנועה הפלנטרית של קפלר את חוק הכבידה האוניברסלית. ניוטון השתמש בכבידה אוניברסלית כדי לפתור בעיות קוסמיות-מכניות.
אחרי אייזק, ההתקדמות בתחום המכניקה השמיימית הייתה פיתוח המדע המתמטי ששימש לפתרון המשוואות המבטאות את חוקי ניוטון. מדען זה הצליח לקבוע שכוח המשיכה של כוכב הלכת נקבע על ידי המרחק אליו והמסה, אך לאינדיקטורים כגון טמפרטורה והרכב אין השפעה.
בעבודתו המדעית, ניוטון הראה שהחוק הקפלריאני השלישי אינו מדויק לחלוטין. הוא הראה כי בעת החישוב חשוב לקחת בחשבון את המסה של כוכב הלכת, שכן התנועה ומשקל כוכבי הלכת קשורים זה לזה. שילוב הרמוני זה מראה את הקשר בין חוקי קפלריאן וחוק הכבידה של ניוטון.
אסטרודינמיקה
יישום חוקי ניוטון וקפלר הפך לבסיס להופעתה של האסטרודינמיקה. זהו ענף של מכניקה שמימית החוקר את תנועתם של גופים קוסמיים שנוצרו באופן מלאכותי, כלומר: לוויינים, תחנות בין-כוכביות, ספינות שונות.
אסטרודינמיקה עוסקת בחישובים של מסלולי החללית, וגם קובעת אילו פרמטרים לשגר, איזה מסלול לשגר, אילו תמרונים צריכים להתבצע,תכנון השפעת הכבידה על ספינות. ואלה בשום פנים ואופן לא כל המשימות המעשיות שמונחות לפני אסטרודינמיקה. כל התוצאות שהתקבלו משמשות במגוון רחב של משימות חלל.
אסטרודינמיקה קשורה קשר הדוק למכניקה השמימית, החוקרת את תנועתם של גופים קוסמיים טבעיים תחת השפעת כוח הכבידה.
מסלולים
מתחת למסלול להבין את המסלול של נקודה במרחב נתון. במכניקה השמימית מקובל להאמין שלמסלול של גוף בשדה הכבידה של גוף אחר יש מסה הרבה יותר גדולה. במערכת קואורדינטות מלבנית, המסלול עשוי להיות בצורת חתך חרוטי, כלומר. להיות מיוצג על ידי פרבולה, אליפסה, עיגול, היפרבולה. במקרה זה, הפוקוס יעלה בקנה אחד עם מרכז המערכת.
במשך זמן רב האמינו שמסלולים צריכים להיות עגולים. במשך זמן רב למדי, מדענים ניסו לבחור בדיוק את הגרסה המעגלית של התנועה, אך הם לא הצליחו. ורק קפלר הצליח להסביר שכוכבי הלכת אינם נעים במסלול מעגלי, אלא במסלול מוארך. זה איפשר לגלות שלושה חוקים שיכולים לתאר את תנועתם של גרמי השמיים במסלול. קפלר גילה את המרכיבים הבאים של המסלול: צורת המסלול, נטייתו, מיקום מישור מסלול הגוף בחלל, גודל המסלול והתזמון. כל האלמנטים הללו מגדירים מסלול, ללא קשר לצורתו. בחישובים, מישור הקואורדינטות הראשי יכול להיות מישור האקליפטיקה, הגלקסיה, קו המשווה הפלנטרי וכו'.
מחקרים רבים מראים זאתהצורה הגיאומטרית של המסלול יכולה להיות אליפטית ומעוגלת. יש חלוקה לסגור ולפתוח. לפי זווית הנטייה של המסלול למישור קו המשווה של כדור הארץ, מסלולים יכולים להיות קוטביים, נטויים ומשווניים.
לפי תקופת המהפכה סביב הגוף, מסלולים יכולים להיות סינכרוניים או סינכרוניים לשמש, סינכרוני-יומי, מעין סינכרוני.
כפי שאמר קפלר, לכל הגופים יש מהירות תנועה מסוימת, כלומר. מהירות מסלול. זה יכול להיות קבוע לאורך כל מחזור הדם בגוף או להשתנות.
