[趣味物理]克卜勒與克卜勒定律

2020-12-05 搜狐網

　　1601年，第谷逝世。約翰·克卜勒接替了第谷的工作，開始編制魯道夫星表。但克卜勒的興趣和注意力卻更多的放在改進和完善哥白尼的日心說上，在探討行星軌道性質的研究上。他發現第谷的觀測數據，與哥白尼體系、託勒密體系都不符合。他決心尋找這種不一致的原因和行星運行的真實軌道。

　　最初的研究從觀測與理論差異突出的火星著手。他運用傳統的勻速圓周運動加偏心圓來計算，均遭到失敗。經過長達4年近70次各種行星軌道形狀設計方案的計算，克卜勒認識到哥白尼體系的勻速圓周運動和偏心圓的軌道模式與火星的實際運動軌道不符。於是他大膽的拋棄了統治人類思想達2000年之久的"勻速圓周運動"偏見，嘗試用別的幾何曲線來表示火星軌道的形狀。他認為行星運動軌道的焦點應該在產生引力中心的太陽上，並進而斷定火星運動的線速度不是勻速的，近太陽時快些，遠太陽時慢些並得出結論：太陽至火星的直徑在一天內掃過的面積是相等的。

　　克卜勒把這結論推廣到其他行星上，結果也是與觀測數據相符。就這樣，他首先得到了行星運行的等面積定律。隨後他發現火星運行的軌道不是正圓，而是焦點位於太陽上的橢圓，他把這結論應用於其他行星也是適用的。於是他又得到了行星運行的橢圓軌道定律。這兩條定律發表在他1609年出版的《新天文學》一書上。但他對自已取得的成就還不滿足。他渴望找到一種能適合所有行星的總體模式，把各行星聯繫在一起。他堅信存在著一個把全體行星完整地聯繫在一起的簡單法則。

　　在這個信念鼓舞下，克卜勒忍受著個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難條件下，經過九年的反覆計算和假設，終於在1618年找到在大量觀測數據後面隱匿的數的和諧性：行星公轉周期的平方與它們到太陽的平均距離的立方成正比。這就是周期定律。1619年，他在《宇宙的和諧》一書中介紹了第三定律，他情不自禁地寫道："認識到這一真理，這是超出我的最美好的期望的。大局已定，這本書是寫出來了，可能當代有人閱讀，也可能是供後人閱讀的。它很可能要等一個世紀才有信奉者一樣，這一點我不管了。"

　　克卜勒的三定律是天文學的又一次革命，它徹底摧毀了託勒密繁雜的本輪宇宙體系，完善和簡化了哥白尼的日心宇宙體系。克卜勒對天文學最大的貢獻在於他試圖建立天體動力學，從物理基礎上解釋太陽繫結構的動力學原因。雖然他提出有關太陽發出的磁力驅使行星作軌道運動的觀點是錯誤的。但它對後人尋找出太陽繫結構的奧秘具有重大的啟發意義，為經典力學的建立、牛頓的萬有定律的發現，都作出重要的提示。

 

 

　　來源:慧師網

(責任編輯：汪春)

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