Das nächtliche Schauspiel eines hellblauen Himmels, der verblasst und ein verborgenes Panorama von Sternen enthüllt, hat den Blick von Alt und Jung gleichermaßen gefesselt, solange Menschen auf der Erde gelebt haben. Genauso lange haben es die hellsten Köpfe der Zeit getanversuchten, die Sterne, den Mond und die Sonne zu untersuchen. Einige der ältesten archäologischen Stätten unserer Vorgänger waren eng mit der Aufzeichnung der Bewegung von Himmelskörpern verbunden, was die Astronomie zur ältesten der Naturwissenschaften machte.
Unsere Vorfahren waren nicht weniger intelligent als wir heute und nur wenige Figuren in der Astronomie stehen so prominent wie Johannes Kepler, der die Gesetze ausgearbeitet hat, die die Bewegung der Planeten um die Sonne regeln, ohne auch nur a Teleskop um ihm zu helfen. Zum Gedenken an seinen Tod wiederholen wir seinen einzigartigen Beitrag zur Wissenschaft, die den Himmel regiert: Keplers drei Gesetze der Planetenbewegung.
Mit nichts anderem als den Daten, die von seinem bemerkenswert farbenfrohen - und bemerkenswert brillanten - Mentor gesammelt wurden. Tycho Brahe , Kepler entdeckte die Mathematik, die die eigentümliche Bewegung der Planeten am Nachthimmel und damit die genaue Art ihrer Umlaufbahnen um die Sonne erklärte. Es war lange beobachtet worden, dass sich einige Planeten in der Sonne rückwärts zu bewegen scheinenHimmel zu bestimmten Zeiten, eine Art Rückverfolgung statt eines geraden und stetigen Transits durchführen.
Astronomen, die mit dem alten geozentrischen Modell des Sonnensystems arbeiteten, mussten zunehmend komplizierte Erklärungen für dieses Verhalten entwickeln. die sie Epizyklen nannten - oder Kreise innerhalb von Kreisen. Kepler würde weiter zeigen, dass dies nicht darauf zurückzuführen ist, dass die Planeten eine zweite oder dritte Umlaufbahn haben, sondern dass sie elliptische Umlaufbahnen haben und sich mit variabler Geschwindigkeit bewegen, wenn sie die Sonne umkreisen.
Darstellung der Erdumlaufbahn vom Hinterhof aus
Okay, vielleicht nicht genau der Hinterhof, aber nahe genug. Kepler entdeckte die Gesetze der Planetenbewegung ohne die Hilfe des Teleskops, arbeitete vollständig aus den astrologischen Aufzeichnungen von Brahe und veröffentlichte die ersten beiden Gesetze 1609, weniger als ein Jahr späterDas erste bekannte Teleskop wurde in Europa hergestellt. Er konnte dies nur mit der gleichen Trigonometrie tun, die die meisten von uns in der High School gelernt haben.
Mit der Sonne als einem Punkt im Dreieck, der Erde als zweitem und dem Mars - das Marsjahr war damals bekannt - als drittem konnte Kepler die wahre Umlaufbahn der Erde um die Sonne sowie berechnenandere Informationen über seine Bewegung durch Berechnung des Winkels zwischen Sonne und Mars relativ zur Erde in regelmäßigen Abständen. Aus dieser überraschend einfachen, wenn auch sorgfältigen Arbeit konnte Kepler die Mathematik aufdecken, mit der bis heute die Bewegung von bestimmt werden kannalle Arten von Himmelskörpern im Universum mit bemerkenswerter Genauigkeit.
Keplers erstes Gesetz: Das Gesetz der Umlaufbahnen
Das erste von Keplers Gesetzen der Planetenbewegung besagt, dass sich alle Planeten in elliptischen Bahnen bewegen, wobei sich die Sonne an einem der beiden Fokuspunkte der Ellipse befindet. Mit diesem Gesetz führte Kepler viele der rudimentären Konzepte der modernen Astronomie ein, wie zDas Perihel und Aphel der Umlaufbahn eines Planeten, und Kepler war nicht nur der erste, der die wahre Natur der Umlaufbahnen des Planeten entdeckte, er konnte auch die Mathematik ableiten, die sie beherrschte.
Diese Entdeckung war nicht die erste, die vermutete, dass sich die Erde um die Sonne drehte. Diese Theorie wurde von Copernicus Jahrzehnte zuvor vorgeschlagen, aber Keplers erstes Gesetz begründete diese Tatsache mit Daten, die dies eindeutig bewiesen. Außerdem Keplers erstes Gesetz beschreibt nicht nur die Umlaufbahn der Planeten um die Sonne, aber aller Himmelskörper, die einen anderen umkreisen.
Die langen, schmalen Umlaufbahnen vieler Kometen um die Sonne können mit diesem Gesetz genau beschrieben werden, ebenso wie interstellare Objekte, die in der Schwerkraftquelle eines Sterns gefangen sind, aber die Ellipse nicht „schließen“ und stattdessen eine offene Hyperbel bilden und fliegenKeplers erstes Gesetz kann sogar die Umlaufbahnen von Sternen um das Schwarze Loch im Kern unserer Galaxie genau beschreiben.
Es versteht sich von selbst, dass dies eine radikale Idee für die damals existierenden Mächte war. Die Hierarchie der katholischen Kirche kämpfte hart, um solche Ideen zu unterdrücken, da sie dem Text der Bibel widersprachen, und bedrohte damit ihren Anspruch als zentrale Quelle vonWahrheit über das Universum, aber Keplers Entdeckungen sprachen für sich selbst und ihre Wahrheit war für jeden offensichtlich, der die Ausbildung und Schulung hatte, um sie zu verstehen. Nach Kepler war das geozentrische Modell des Sonnensystems fertig.
Keplers zweites Gesetz: Das Gesetz der Gebiete
Keplers zweites Gesetz der Planetenbewegung besagt, dass die imaginäre Linie mit der Sonne an einem Ende und der Erde am anderen Ende in gleicher Zeit über gleiche Gebiete streicht. Dies bedeutet, dass sich die Erde dem Perihel ihrer Umlaufbahn um die Erde nähertSonne, es beschleunigte sich und als es sich dem Aphel seiner Umlaufbahn näherte, verlangsamte es sich - alles auf regelmäßige, vorhersehbare Weise. Dieses und Keplers drittes Gesetz zusammen machten der Notwendigkeit von Epizyklen ein Ende, um die „unregelmäßige“ Bewegung von zu verstehenPlaneten. Darüber hinaus sollte Keplers zweites Gesetz den Grundstein für einen Großteil der Newtonschen Bewegungsgesetze und des Gesetzes der universellen Gravitation legen.
Keplers drittes Gesetz: Das Gesetz der Perioden
Keplers drittes Gesetz besagt, dass das Quadrat der Umlaufzeit eines Planeten proportional zum Würfel der mittleren Entfernung von der Sonne ist, was einer Hälfte der Summe der Entfernung eines Planeten von der Sonne bei Perihel und Aphel entspricht.Dieses Gesetz kam fast ein Jahrzehnt nach der Veröffentlichung der ersten beiden Gesetze und ermöglicht es uns, die mittlere Entfernung von einem Planeten zu dem Stern zu berechnen, den er umkreist, wenn wir die Länge der Umlaufzeit des Planeten kennen. Das Gegenteil ist auch wahr, das wir bestimmen könnendie Länge eines Planetenjahres, wenn wir wissen, dass es die mittlere Entfernung von seinem Stern ist.
Dies ist besonders hilfreich beim Studium von Exoplaneten, da es einfach ist, die Periode eines Planeten zu berechnen, aber unmöglich zu sagen, wie nahe er seinem Stern ist, da wir einen Exoplaneten nur sehen können, wenn er vor dem Elternstern vorbeizieht. Dieses VerhältnisDie Zeitspanne bis zur mittleren Entfernung ist auch wichtig für die Berechnung der Flugbahnen von Satelliten und Raumfahrzeugen, wenn sie zu anderen Planeten reisen, um interplanetare Erkundungen zu ermöglichen.
Keplers Einfluss auf die wissenschaftliche Revolution
Ohne Frage bildeten Keplers Gesetze der Planetenbewegung einen Ausgangspunkt für die Arbeit von Isaac Newton, dem hellsten Licht der wissenschaftlichen Revolution in Europa im 17. Jahrhundert. Es war Newtons Versuch herauszufinden, warum Keplers Gesetze korrekt waren - das Warum zu entdeckenKeplers wie - dass er die Physik erfinden konnte, wie wir sie kennen: das Gesetz der universellen Gravitation, die Bewegungsgesetze, die alles von der Bewegung der Planeten bis zu einem in die Luft geworfenen Stein regelten, sowie den Kalkül, der zur Beschreibung seiner erforderlich warErgebnisse.
Diese revolutionäre Arbeit würde die Grundlage unzähliger Entdeckungen in den Wissenschaften beweisen und das Wissen der Menschheit auf eine Weise fördern, die selbst Newton sich nicht hätte vorstellen können. Im Mittelpunkt des Ganzen standen jedoch Kepler und seine Unmengen aufgezeichneter Beobachtungenunwahrscheinliche Spur für alles, was kommen sollte.
Via : Stargaze / NASA