Es. Keplers visu savu dzīvi mēģināja pierādīt, ka mūsu Saules sistēma ir kaut kāda mistiska māksla. Sākotnēji viņš mēģināja pierādīt, ka sistēmas uzbūve ir līdzīga parastajiem daudzskaldņiem no sengrieķu ģeometrijas. Keplera laikā bija zināmas sešas planētas. Tika uzskatīts, ka tie tika ievietoti kristāla sfērās. Pēc zinātnieka domām, šīs sfēras atradās tā, lai pareizas formas daudzskaldņi precīzi ietilptu starp blakus esošajām sfērām. Starp Jupiteru un Saturnu ārējā vidē ir ierakstīts kubs, kurā ir ierakstīta sfēra. Starp Marsu un Jupiteru ir tetraedrs utt. Pēc daudzu gadu ilgas debess objektu novērošanas parādījās Keplera likumi, un viņš atspēkoja savu daudzskaldņu teoriju.
Likumi
Pasaules ģeocentriskā Ptolemaja sistēma tika aizstāta ar heliocentrisko sistēmuKopernika radītais tips. Vēl vēlāk Keplers atklāja planētu kustības likumus ap Sauli.
Pēc daudzu gadu planētu novērojumiem parādījās trīs Keplera likumi. Apsveriet tos rakstā.
Pirmais
Saskaņā ar pirmo Keplera likumu, visas mūsu sistēmas planētas pārvietojas pa slēgtu līkni, ko sauc par elipsi. Mūsu gaismeklis atrodas vienā no elipses perēkļiem. Ir divi no tiem: tie ir divi punkti līknes iekšpusē, attālumu summa, no kuras līdz jebkuram elipses punktam ir nemainīga. Pēc ilgstošiem novērojumiem zinātniekam izdevās atklāt, ka visu mūsu sistēmas planētu orbītas atrodas gandrīz vienā plaknē. Daži debess ķermeņi pārvietojas pa eliptiskām orbītām tuvu aplim. Un tikai Plutons un Marss pārvietojas pa garākām orbītām. Pamatojoties uz to, Keplera pirmo likumu sauca par elipses likumu.
Otrais likums
Ķermeņu kustības izpēte ļauj zinātniekam konstatēt, ka planētas ātrums ir lielāks periodā, kad tā atrodas tuvāk Saulei, un mazāks, kad tā atrodas maksimālajā attālumā no Saules (tie ir perihēlija un afēlija punkti).
Keplera otrais likums saka sekojošo: katra planēta pārvietojas plaknē, kas iet caur mūsu zvaigznes centru. Tajā pašā laikā rādiusa vektors, kas savieno Sauli un pētāmo planētu, apraksta vienādus laukumus.
Tādējādi ir skaidrs, ka ķermeņi ap dzelteno punduri pārvietojas nevienmērīgi, un tiem ir maksimālais ātrums perihēlijā un minimālais ātrums afēlijā. Praksē to var redzēt no Zemes kustības. Katru gadu janvāra sākumāmūsu planēta, šķērsojot perihēliju, pārvietojas ātrāk. Šī iemesla dēļ Saules kustība pa ekliptiku ir ātrāka nekā citos gadalaikos. Jūlija sākumā Zeme pārvietojas caur afēliju, kas liek Saulei lēnāk kustēties gar ekliptiku.
Trešais likums
Saskaņā ar Keplera trešo likumu tiek noteikts savienojums starp planētu ap zvaigzni apgriezienu periodu un tās vidējo attālumu no tās. Zinātnieks piemēroja šo likumu visām mūsu sistēmas planētām.
Likumu skaidrojums
Keplera likumus varēja izskaidrot tikai pēc tam, kad Ņūtons atklāja gravitācijas likumu. Saskaņā ar to fiziski objekti piedalās gravitācijas mijiedarbībā. Tam ir universāls universālums, kas ietekmē visus materiālā tipa un fizisko lauku objektus. Pēc Ņūtona domām, divi stacionāri ķermeņi darbojas viens ar otru ar spēku, kas ir proporcionāls to svara reizinājumam un apgriezti proporcionāls starp tiem esošo atstarpju kvadrātam.
Sašutuma kustība
Mūsu Saules sistēmas ķermeņu kustību kontrolē dzeltenā pundura gravitācijas spēks. Ja ķermeņus pievilktu tikai Saules spēks, tad planētas ap to pārvietotos tieši saskaņā ar Keplera kustības likumiem. Šāda veida kustības tiek sauktas par netraucētu jeb Kepleri.
Patiesībā visus mūsu sistēmas objektus piesaista ne tikai mūsu gaismeklis, bet arī viens otrs. Tāpēc neviens no ķermeņiem nevar precīzi pārvietoties pa elipsi, hiperbolu vai apli. Ja ķermenis kustības laikā novirzās no Keplera likumiem, tad šistiek saukta par perturbāciju, un pati kustība tiek saukta par traucētu. Tas tiek uzskatīts par īstu.
Debess ķermeņu orbītas nav fiksētas elipses. Citu ķermeņu pievilkšanas laikā orbītas elipse mainās.
I. Ņūtona ieguldījums
Īzaks Ņūtons no Keplera planētu kustības likumiem spēja izsecināt universālās gravitācijas likumu. Ņūtons izmantoja universālo gravitāciju, lai atrisinātu kosmiski mehāniskas problēmas.
Pēc Īzaka panākumi debesu mehānikas jomā bija matemātikas zinātnes attīstība, ko izmantoja, lai atrisinātu vienādojumus, kas izsaka Ņūtona likumus. Šis zinātnieks varēja konstatēt, ka planētas gravitāciju nosaka attālums līdz tai un masa, taču tādiem rādītājiem kā temperatūra un sastāvs nav nekādas ietekmes.
Savā zinātniskajā darbā Ņūtons parādīja, ka trešais Keplera likums nav pilnīgi precīzs. Viņš parādīja, ka, aprēķinot, ir svarīgi ņemt vērā planētas masu, jo planētu kustība un svars ir saistīti. Šī harmoniskā kombinācija parāda saistību starp Keplera likumiem un Ņūtona gravitācijas likumu.
Astrodinamika
Ņūtona un Keplera likumu piemērošana kļuva par astrodinamikas rašanās pamatu. Šī ir debesu mehānikas nozare, kas pēta mākslīgi radītu kosmisko ķermeņu kustību, proti: satelītus, starpplanētu stacijas, dažādus kuģus.
Astrodinamika nodarbojas ar kosmosa kuģu orbītu aprēķiniem, kā arī nosaka, kādus parametrus palaist, kuru orbītu palaist, kādi manevri jāveic,gravitācijas ietekmes uz kuģiem plānošana. Un tie nebūt nav visi praktiskie uzdevumi, kas tiek likti pirms astrodinamikas. Visi iegūtie rezultāti tiek izmantoti visdažādākajās kosmosa misijās.
Astrodinamika ir cieši saistīta ar debesu mehāniku, kas pēta dabisko kosmisko ķermeņu kustību gravitācijas ietekmē.
Orbītas
Zem orbītas izprotiet punkta trajektoriju noteiktā telpā. Debesu mehānikā parasti tiek uzskatīts, ka kāda ķermeņa trajektorijai cita ķermeņa gravitācijas laukā ir daudz lielāka masa. Taisnstūra koordinātu sistēmā trajektorija var būt koniska griezuma formā, t.i. var attēlot ar parabolu, elipsi, apli, hiperbolu. Šajā gadījumā fokuss sakritīs ar sistēmas centru.
Ilgu laiku tika uzskatīts, ka orbītām jābūt apaļām. Diezgan ilgu laiku zinātnieki mēģināja izvēlēties tieši apļveida kustības versiju, taču viņiem tas neizdevās. Un tikai Keplers spēja izskaidrot, ka planētas nepārvietojas pa apļveida orbītu, bet gan pa iegarenu. Tas ļāva atklāt trīs likumus, kas varētu aprakstīt debess ķermeņu kustību orbītā. Keplers atklāja šādus orbītas elementus: orbītas formu, tās slīpumu, ķermeņa orbītas plaknes novietojumu telpā, orbītas izmēru un laiku. Visi šie elementi nosaka orbītu neatkarīgi no tās formas. Aprēķinos galvenā koordinātu plakne var būt ekliptikas plakne, galaktika, planētas ekvatora utt.
Vairāki pētījumi liecina, kaorbītas ģeometriskā forma var būt eliptiska un noapaļota. Ir iedalījums slēgtajā un atvērtajā. Atbilstoši orbītas slīpuma leņķim pret zemes ekvatora plakni orbītas var būt polāras, slīpas un ekvatoriālas.
Atbilstoši apgriezienu periodam ap ķermeni, orbītas var būt sinhronas vai sinhronas ar sauli, sinhronas-diennakts, kvazisinhronas.
Kā Keplers teica, visiem ķermeņiem ir noteikts kustības ātrums, t.i. orbītas ātrums. Tas var būt nemainīgs visā asinsritē ap ķermeni vai mainīties.
