什么是开普勒三大定律

什么是开普勒三大定律

说到开普勒三大定律，就不能不说丹麦天文学家第谷·布拉赫。正是由于参考了他的大量珍贵、精确的天文观测资料，开普勒才最终研究并发现了行星运动的三大定律，为牛顿万有引力定律的发现打下了基础。

作为一个天文爱好者，第谷从十几岁就开始查看星历表和天文学著作，并进行天文观测。1572年，第谷观测到一颗非常明亮的星星突然出现在了仙后座，他为此进行了连续几个月的观察，最终看到了这颗星星从明亮到消失的过程。后来，人们知道这并非一颗新星的生成，而是一颗暗到几乎看不见的恒星在消失前发生爆炸的过程，这颗被发现的星星也被称为第谷超新星。在1577年，一颗巨大的售星出现在丹麦上空，第谷首次将彗星作为独立天体进行了观测。观测结果显示，彗星的轨道不可能是完美的圆周形，而应该是被拉长的，且由视差判断该彗星与地球的距离比地月的距离更远。

随后，第谷通过精确的星位测量，企图发现由地球运行而引起的恒星方位的改变，但结果一无所得。由此，他开始反对哥白尼的日心说，并在1583年出版的《论彗星》一书中提出一种介于地心说和日心说之间的理论，即地球是静止的中心，太阳围绕地球做圆周运动，除地球外的其他行星则围绕着太阳做圆周运动。这个理论曾一度被人接受，中国明朝就使用了主要依据第谷的观测结果而编制的时宪历。

虽然第谷的行星模型很快就被淘汰了，但他的天文观测对科学革命来说是个重大的贡献。在第谷去世之后，他的助手开普勒利用他多年积累的观测资料，仔细分析研究并提出了行星运动的三大定律，从而揭开了行星运动的秘密。

针对哥白尼的日心说体系，开普勒曾做过这样的设想，即如果行星都在围绕太阳而不是地球运动，同时运行轨道又都是椭圆形的，那么每个行星的轨道就都会是一直向前的，也就不需要再添加什么复杂的本轮来进行调节了。这样一来，行星的运动不但可以用非常简单、优雅的轨道来描述，还可以解释那些不符合圆周运动轨道的行星运动的观测结果。在这个假设的基础上，开普勒参考第谷的大量观测资料，最终提出了行星运动的三大定律。

开普勒第一定律，也叫椭圆定律、轨道定律:每一个行星都沿着各自的椭圆轨道绕太阳运行，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。

开普勒第二定律，也叫等面积定律:在相同的时间内，太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的。这也就是说，行星与太阳的距离是时远时近的远日点在最接近太阳的地方，行星运行速度最快，在最远离太阳的地方，行星运行速度最慢。

开普勒第三定律，也叫周期定律:行星距离太阳越远，其运转周期越长而它的运转周期的平方与它到太阳之间的距离的立方成正比。由这个定律可以导出，行星与太阳之间的引力与半径的平方成反比，这是牛顿万有引力定律的一个重要基础。

行星在椭圆轨道上绕太阳运动而不是以圆形轨道绕地球运动，这一结论直接印证了哥白尼的日心说理论也说明了地球确确实实是围绕太阳运行的。而开普勒三大定律的提出，对行星绕太阳运动做了一个基本完整、正确的描述，解决了天文学的一个基本问题，也为接下来牛顿发现万有引力定律奠定了坚实的基础。牛顿曾说:“如果说我比别人看得远些的话，是因为我站在巨人的肩膀上。”毫无疑问，开普勒就是他所指的巨人之一。