[科普中國(guó)]-開普勒定律——行星運(yùn)動(dòng)的定律

開普勒定律是由開普勒發(fā)現(xiàn)的關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，他主張地球是在不斷運(yùn)動(dòng)的；行星圍繞恒星公轉(zhuǎn)的軌道不是正圓形而是橢圓形的；行星公轉(zhuǎn)的速度也不恒定，而是在近恒星處速度最快，在遠(yuǎn)恒星處速度變慢。這三點(diǎn)主張也是開普勒三定律的通俗體現(xiàn)。開普勒在1609年出版的《新天文學(xué)》雜志上發(fā)表了關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的第一和第二定律，并在1618年公開了第三定律的發(fā)現(xiàn)。這些定律的公開發(fā)表，對(duì)當(dāng)時(shí)流行的亞里士多德學(xué)派產(chǎn)生了極大的沖擊，引發(fā)了接近一百年的討論，后來(lái)由牛頓在數(shù)學(xué)上證明了開普勒定律，才開始引導(dǎo)人們了解開普勒定律背后的物理意義。

開普勒定律在一定程度上是對(duì)哥白尼定律的一個(gè)改進(jìn)，如果將行星運(yùn)動(dòng)的軌跡由橢圓形改為理想的正圓形，那么開普勒定律就和哥白尼定律一致。哥白尼認(rèn)為，行星的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓形，恒星位于行星的中心，并且行星圍繞恒星做勻速運(yùn)動(dòng)。

開普勒第一定律也被稱為軌道定律，說(shuō)的是所有行星圍繞恒星公轉(zhuǎn)的軌跡都是橢圓形的，并且恒星位于橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)處。開普勒發(fā)現(xiàn)第一定律是受到了當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家第谷的觀測(cè)結(jié)果的啟發(fā)。當(dāng)時(shí)開普勒受到第谷的邀請(qǐng)，去布拉格天文臺(tái)工作，第谷去世后他便成為天文臺(tái)的繼任者，在他整理第谷的數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，按照哥白尼等人的理論，演算出來(lái)的數(shù)據(jù)與第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)完全無(wú)法對(duì)應(yīng)，他堅(jiān)信觀測(cè)到的數(shù)據(jù)更為可信，于是推翻了之前的圓周運(yùn)動(dòng)假設(shè)，發(fā)現(xiàn)了開普勒第一定律。

開普勒第二定律也被稱為等面積定律，在相同時(shí)間內(nèi)，行星圍繞恒星公轉(zhuǎn)時(shí)，行星與恒星之間的線段劃過(guò)的面積相等。開普勒對(duì)等面積定律的發(fā)現(xiàn)同樣得益于他對(duì)第谷觀測(cè)資料的細(xì)心總結(jié)與研究，這種對(duì)科學(xué)事實(shí)的尊重與敢于探索和創(chuàng)新的精神值得我們學(xué)習(xí)。

開普勒第三定律也被稱為周期定律，說(shuō)的是行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期平方與它們軌道半長(zhǎng)徑的平方成正比。也就是說(shuō)行星公轉(zhuǎn)時(shí)在近恒星處速度更快，在遠(yuǎn)恒星處速度更慢。這個(gè)定律也成為牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的一個(gè)基礎(chǔ)。而事實(shí)上，在中國(guó)古代，也有這樣類似于開普勒第三定律的思想萌芽。中國(guó)古人在制訂歷法、天象觀測(cè)等過(guò)程中積累了許多與天文有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，唐代僧一行就對(duì)太陽(yáng)在一年四季中運(yùn)動(dòng)的快慢做出了這樣的描述：“南至，其行最急，急而漸慢，至春分及中而后退。迨日北至，其行最舒，而漸益之，以至秋分又及中而后益急。”這種描述實(shí)際上就是地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)在近地點(diǎn)快、遠(yuǎn)地點(diǎn)慢的一種體現(xiàn)。

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