I. Kepler püüdis kogu oma elu tõestada, et meie päikesesüsteem on mingi müstiline kunst. Esialgu püüdis ta tõestada, et süsteemi struktuur sarnaneb Vana-Kreeka geomeetriast pärit tavaliste hulktahukatega. Kepleri ajal oli teada kuus planeeti. Usuti, et need asetati kristallsfääridesse. Teadlase sõnul paiknesid need kerad nii, et õige kujuga hulktahukad mahtusid täpselt naabersfääride vahele. Jupiteri ja Saturni vahel on väliskeskkonda sisse kirjutatud kuup, millesse kera on kantud. Marsi ja Jupiteri vahel on tetraeeder ja nii edasi. Pärast paljude aastate pikkust taevaobjektide vaatlemist ilmnesid Kepleri seadused ja ta lükkas ümber oma polüheedrite teooria.
Seadused
Maailma geotsentriline Ptolemaiose süsteem asendati heliotsentrilise süsteemigaKoperniku loodud tüüp. Veel hiljem avastas Kepler Päikese ümber olevate planeetide liikumisseadused.
Pärast aastaid kestnud planeetide vaatlusi ilmnesid Kepleri kolm seadust. Mõelge neile artiklis.
Esimene
Vastav alt Kepleri esimesele seadusele liiguvad kõik meie süsteemi planeedid mööda suletud kõverat, mida nimetatakse ellipsiks. Meie valgusti asub ühes ellipsi koldes. Neid on kaks: need on kaks punkti kõvera sees, kauguste summa, millest ellipsi mis tahes punktini on konstantne. Pärast pikki vaatlusi suutis teadlane paljastada, et meie süsteemi kõigi planeetide orbiidid asuvad peaaegu samal tasapinnal. Mõned taevakehad liiguvad elliptilistel orbiitidel ringi lähedal. Ja ainult Pluuto ja Marss liiguvad piklikumatel orbiitidel. Sellest lähtuv alt nimetati Kepleri esimest seadust ellipsi seaduseks.
Teine seadus
Kehade liikumise uurimine võimaldab teadlasel kindlaks teha, et planeedi kiirus on suurem perioodil, mil see on Päikesele lähemal, ja väiksem, kui see on Päikesest maksimaalsel kaugusel (need on periheeli ja afeeli punktid).
Kepleri teine seadus ütleb järgmist: iga planeet liigub tasapinnal, mis läbib meie tähe keskpunkti. Samal ajal kirjeldab Päikest ja uuritavat planeeti ühendav raadiuse vektor võrdseid alasid.
Seega on selge, et kehad liiguvad ümber kollase kääbuse ebaühtlaselt ning nende maksimaalne kiirus on periheelis ja minimaalne kiirus afeelis. Praktikas on seda näha Maa liikumisest. Igal aastal jaanuari algusesmeie planeet liigub periheeli läbimise ajal kiiremini. Tänu sellele on Päikese liikumine mööda ekliptikat kiirem kui muul aastaajal. Juuli alguses liigub Maa läbi afeeli, mistõttu Päike liigub piki ekliptikat aeglasem alt.
Kolmas seadus
Kepleri kolmanda seaduse järgi luuakse seos tähte ümbritsevate planeetide pöördeperioodi ja selle keskmise kauguse vahel. Teadlane rakendas seda seadust kõigi meie süsteemi planeetide suhtes.
Seaduste selgitus
Kepleri seadusi sai seletada alles pärast seda, kui Newton avastas gravitatsiooniseaduse. Selle kohaselt osalevad füüsilised objektid gravitatsioonilises vastasmõjus. Sellel on universaalne universaalsus, mis mõjutab kõiki materiaalset tüüpi objekte ja füüsikalisi väljasid. Newtoni järgi toimivad kaks statsionaarset keha vastastikku jõuga, mis on võrdeline nende massi korrutisega ja pöördvõrdeline nendevaheliste pilude ruuduga.
Nördinud liigutus
Meie päikesesüsteemi kehade liikumist juhib kollase kääbuse gravitatsioonijõud. Kui kehasid tõmbaks ligi ainult Päikese jõud, siis planeedid liiguksid selle ümber täpselt Kepleri liikumisseaduste järgi. Seda tüüpi liikumist nimetatakse häirimatuks või keplerilikuks.
Tegelikult ei tõmba kõiki meie süsteemi objekte ligi mitte ainult meie valgusti, vaid ka üksteist. Seetõttu ei saa ükski keha liikuda täpselt mööda ellipsit, hüperbooli ega ringi. Kui keha kaldub liikumise ajal Kepleri seadustest kõrvale, siis seenimetatakse häiringuks ja liikumist ennast nimetatakse häirituks. Seda peetakse tõeliseks.
Taevakehade orbiidid ei ole fikseeritud ellipsid. Teiste kehade külgetõmbe ajal orbiidi ellips muutub.
I. Newtoni panus
Isaac Newton suutis Kepleri planeetide liikumise seaduste põhjal tuletada universaalse gravitatsiooni seaduse. Newton kasutas kosmilis-mehaaniliste probleemide lahendamiseks universaalset gravitatsiooni.
Pärast Isaacit oli taevamehaanika areng Newtoni seadusi väljendavate võrrandite lahendamiseks kasutatud matemaatikateaduse areng. See teadlane suutis kindlaks teha, et planeedi gravitatsiooni määrab kaugus planeedist ja mass, kuid sellised näitajad nagu temperatuur ja koostis ei mõjuta.
Newton näitas oma teaduslikus töös, et Kepleri kolmas seadus ei ole täiesti täpne. Ta näitas, et arvutamisel on oluline arvestada planeedi massiga, kuna planeetide liikumine ja kaal on omavahel seotud. See harmooniline kombinatsioon näitab seost Kepleri seaduste ja Newtoni gravitatsiooniseaduse vahel.
Astrodünaamika
Newtoni ja Kepleri seaduste rakendamine sai astrodünaamika tekkimise aluseks. See on taevamehaanika haru, mis uurib kunstlikult loodud kosmiliste kehade liikumist, nimelt: satelliite, planeetidevahelisi jaamu, erinevaid laevu.
Astrodünaamika tegeleb kosmoselaevade orbiitide arvutamisega ning määrab ka, milliseid parameetreid käivitada, millisele orbiidile käivitada, milliseid manöövreid tuleb teha,gravitatsioonimõju planeerimine laevadele. Ja need pole kaugeltki kõik praktilised ülesanded, mis asetatakse astrodünaamikast kõrgemale. Kõiki saadud tulemusi kasutatakse mitmesugustel kosmosemissioonidel.
Astrodünaamika on tihed alt seotud taevamehaanikaga, mis uurib looduslike kosmiliste kehade liikumist gravitatsiooni mõjul.
Orbiidid
Orbiidi all mõista punkti trajektoori antud ruumis. Taevamehaanikas on levinud arvamus, et teise keha gravitatsiooniväljas oleva keha trajektoor on palju suurema massiga. Ristkülikukujulises koordinaatsüsteemis võib trajektoor olla koonilise lõigu kujul, s.t. on esindatud parabooli, ellipsi, ringi, hüperbooliga. Sel juhul langeb fookus kokku süsteemi keskpunktiga.
Pikka aega arvati, et orbiidid peaksid olema ümarad. Üsna pikka aega püüdsid teadlased valida liikumise täpselt ringikujulist versiooni, kuid see ei õnnestunud. Ja ainult Kepler suutis selgitada, et planeedid ei liigu ringikujulisel orbiidil, vaid piklikul orbiidil. See võimaldas avastada kolm seadust, mis võiksid kirjeldada taevakehade liikumist orbiidil. Kepler avastas järgmised orbiidi elemendid: orbiidi kuju, selle kalle, keha orbiidi tasandi asend ruumis, orbiidi suurus ja ajastus. Kõik need elemendid määravad orbiidi, olenemata selle kujust. Arvutustes võib põhikoordinaattasandiks olla ekliptika, galaktika, planeedi ekvaatori jne tasapind.
Seda näitavad mitmed uuringudorbiidi geomeetriline kuju võib olla elliptiline ja ümar. Seal on jaotus suletud ja avatud. Vastav alt orbiidi kaldenurgale Maa ekvaatori tasapinna suhtes võivad orbiidid olla polaarsed, kaldu ja ekvatoriaalsed.
Vastav alt keha ümber pöörlemise perioodile võivad orbiidid olla sünkroonsed või päikese-sünkroonsed, sünkroonsed-päevased, kvaasi-sünkroonsed.
Nagu Kepler ütles, on kõigil kehadel teatud liikumiskiirus, s.t. orbiidi kiirus. See võib olla konstantne kogu keha ümbritseva vereringe jooksul või muutuda.
