太陽系行星軌道與開普勒定律（圖像：uux.cn/NASA/JPL）
（神秘的太陽地球uux.cn）據(jù)美國宇航局（科學(xué)編輯團(tuán)隊(duì)）：如果不是一位名叫約翰內(nèi)斯·開普勒的德國數(shù)學(xué)家的工作，我們?nèi)绾卫斫庑行沁\(yùn)動的系行星軌故事就無法講述。
開普勒的道開定律貴陽兼職大學(xué)生妹包養(yǎng)（電話微信189-4469-7302）提供全球及一二線城市兼職大學(xué)生妹包養(yǎng)外圍上門外圍女全套一條龍三條定律描述了行星如何繞太陽運(yùn)行。他們描述了（1）行星如何以太陽為焦點(diǎn)在橢圓軌道上移動，普勒（2）行星如何在相同的太陽時(shí)間內(nèi)覆蓋相同的空間面積，無論它在軌道上的系行星軌什么位置，以及（3）行星的道開定律軌道周期與其軌道大小成比例。
從太陽北極上方看，普勒這些行星以逆時(shí)針方向繞太陽運(yùn)行，太陽這些行星的系行星軌軌道都與天文學(xué)家所說的黃道面對齊。
約翰內(nèi)斯·開普勒是道開定律誰？
約翰內(nèi)斯·開普勒于1571年12月27日出生于符騰堡州的威爾德施塔特，也就是普勒現(xiàn)在的德國巴登-符騰堡。
約翰內(nèi)斯·開普勒（1571-1630）是太陽一位德國天文學(xué)家，以確定行星繞太陽運(yùn)行的系行星軌三個原理而聞名，即開普勒行星運(yùn)動定律。道開定律由uux.cn加州理工學(xué)院檔案館提供
作為一個相當(dāng)虛弱的年輕人，才華橫溢的開普勒很早就轉(zhuǎn)向了數(shù)學(xué)和天體研究。當(dāng)他六歲的時(shí)候，他的母親指出了一顆在夜空中可見的彗星。開普勒九歲的貴陽兼職大學(xué)生妹包養(yǎng)（電話微信189-4469-7302）提供全球及一二線城市兼職大學(xué)生妹包養(yǎng)外圍上門外圍女全套一條龍時(shí)候，有一天晚上，他的父親帶他去星空下觀察月食。這些事件都給開普勒年輕的頭腦留下了生動的印象，并使他走向了獻(xiàn)身于天文學(xué)的生活。
開普勒在動蕩的17世紀(jì)初生活和工作在奧地利的格拉茨。由于那個時(shí)代常見的宗教和政治困難，開普勒于1600年8月2日被驅(qū)逐出格拉茨。
幸運(yùn)的是，他在布拉格找到了丹麥著名天文學(xué)家第谷·布拉赫（通常以他的名字命名）的助理工作。開普勒舉家從橫跨多瑙河300英里（480公里）的格拉茨搬到第谷的家中。
火星的全球鑲嵌圖是使用維京1號軌道飛行器1980年2月拍攝的圖像制作的。馬賽克顯示了整個水手谷峽谷系統(tǒng)橫跨火星中心。它長2000多英里（3000公里），寬370英里（600公里），深5英里（8公里）。圖像：uux.cn國家航空和航天局
開普勒與火星問題
第谷是一位才華橫溢的天文學(xué)家。他在沒有望遠(yuǎn)鏡的幫助下完成了他那個時(shí)代最準(zhǔn)確的天文觀測。在早些時(shí)候的一次會議上，他對開普勒的研究印象深刻。
然而，一些歷史學(xué)家認(rèn)為第谷不信任開普勒，擔(dān)心他聰明的年輕實(shí)習(xí)生可能會讓他黯然失色，成為當(dāng)時(shí)首屈一指的天文學(xué)家。正因?yàn)槿绱耍蛔岄_普勒看到了他收集的大量行星數(shù)據(jù)的一部分。
第谷把了解火星軌道的任務(wù)交給了開普勒。火星的運(yùn)動是有問題的——它不太符合希臘哲學(xué)家和科學(xué)家亞里士多德（公元前384年至322年）和埃及天文學(xué)家克勞迪烏斯·托勒密（約公元前100年至170年）所描述的模型。亞里士多德認(rèn)為地球是宇宙的中心，太陽、月亮、行星和恒星都圍繞著地球旋轉(zhuǎn)。托勒密將這一概念發(fā)展成一個標(biāo)準(zhǔn)化的地心模型（現(xiàn)在稱為托勒密系統(tǒng)），以地球?yàn)橹行模鳛橛钪嬷行牡撵o止物體。
歷史學(xué)家認(rèn)為，第谷將火星問題交給開普勒的部分動機(jī)是希望在第谷努力完善自己的太陽系理論時(shí)，火星問題能讓開普勒繼續(xù)占據(jù)。該理論基于托勒密的地心模型，即水星、金星、火星、木星和土星都圍繞太陽運(yùn)行，而太陽又圍繞地球運(yùn)行。
事實(shí)證明，與第谷不同，開普勒堅(jiān)信一種被稱為日心模型的太陽系模型，該模型正確地將太陽置于其中心。這也被稱為哥白尼系統(tǒng)，因?yàn)樗怯商煳膶W(xué)家尼古拉斯·哥白尼（1473-1543）開發(fā)的。但火星軌道出現(xiàn)問題的原因是，哥白尼系統(tǒng)錯誤地將行星的軌道假設(shè)為圓形。
和他那個時(shí)代的許多哲學(xué)家一樣，開普勒有一個神秘的信念，認(rèn)為圓是宇宙的完美形狀，所以他也認(rèn)為行星的軌道必須是圓形的。多年來，他一直在努力使第谷對火星運(yùn)動的觀測與圓形軌道相匹配。
開普勒最終意識到行星的軌道不是完美的圓。他的真知灼見是行星以細(xì)長或扁平的橢圓運(yùn)動。
第谷在火星運(yùn)動方面遇到的特殊困難是因?yàn)樗能壍朗撬麚碛写罅繑?shù)據(jù)的行星中最橢圓的。因此，具有諷刺意味的是，第谷無意中向開普勒提供了他的數(shù)據(jù)，使他的助手能夠制定出正確的太陽系理論。
橢圓的基本性質(zhì)
由于行星的軌道是橢圓，因此回顧橢圓的三個基本性質(zhì)可能會有所幫助：
1.橢圓由兩個點(diǎn)定義，每個點(diǎn)稱為焦點(diǎn)，一起稱為焦點(diǎn)。從橢圓上的任何點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離之和總是一個常數(shù)。2.橢圓的展平量稱為偏心率。橢圓越平坦，它就越偏心。每個橢圓的偏心率都在零（圓）和一（本質(zhì)上是一條平線，技術(shù)上稱為拋物線）之間。3.橢圓的最長軸稱為長軸，而最短軸稱為短軸。長軸的一半被稱為半長軸。
在確定行星的軌道是橢圓形后，開普勒制定了行星運(yùn)動的三個定律，也準(zhǔn)確地描述了彗星的運(yùn)動。
開普勒定律
1609年，開普勒發(fā)表了《天文學(xué)新星》，解釋了現(xiàn)在被稱為開普勒的前兩個行星運(yùn)動定律。開普勒注意到，無論行星在其軌道上的位置如何，從行星到太陽的一條假想線都會在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的空間面積。如果你畫一個三角形，從太陽到行星在某個時(shí)間點(diǎn)的位置，再到后來某個固定時(shí)間的位置，那么這個三角形的面積在軌道上的任何地方都是相同的。
為了讓所有這些三角形都有相同的面積，行星在靠近太陽時(shí)必須移動得更快，但在離太陽更遠(yuǎn)時(shí)移動得更慢。這一發(fā)現(xiàn)成為了開普勒軌道運(yùn)動的第二定律，并導(dǎo)致了開普勒第一定律的實(shí)現(xiàn)：行星在橢圓中移動，太陽位于一個焦點(diǎn)，偏離中心。
1619年，開普勒發(fā)表了《調(diào)和蒙迪》，在書中他描述了自己的“第三定律”。第三定律表明，行星與太陽的距離和繞太陽公轉(zhuǎn)的時(shí)間之間存在精確的數(shù)學(xué)關(guān)系。
以下是開普勒的三條定律：
開普勒第一定律：每顆行星圍繞太陽的軌道都是一個橢圓。太陽的中心總是位于橢圓的一個焦點(diǎn)上。這顆行星在其軌道上遵循橢圓，這意味著隨著行星繞其軌道運(yùn)行，行星與太陽的距離不斷變化。
開普勒第二定律：當(dāng)行星繞軌道運(yùn)行時(shí)，連接行星和太陽的假想線在相等的時(shí)間間隔內(nèi)掃過或覆蓋相等的空間面積。基本上，這些行星不會沿著它們的軌道以恒定的速度移動。相反，它們的速度會發(fā)生變化，因此連接太陽和行星中心的線在相同的時(shí)間內(nèi)覆蓋相同的面積。行星離太陽最近的點(diǎn)被稱為近日點(diǎn)。最大的分離點(diǎn)是遠(yuǎn)日點(diǎn)，因此根據(jù)開普勒第二定律，行星在近日點(diǎn)移動最快，在遠(yuǎn)日點(diǎn)移動最慢。
開普勒第三定律：行星的軌道周期平方與其軌道的半長軸立方成正比。這以方程的形式寫成p2＝a3。開普勒第三定律表明，行星繞太陽運(yùn)行的周期隨著其軌道半徑的增加而迅速增加。水星是最內(nèi)層的行星，繞太陽運(yùn)行僅需88天。地球需要365天，而遙遠(yuǎn)的土星也需要10759天。
今天我們?nèi)绾问褂瞄_普勒定律
當(dāng)開普勒提出他的三條定律時(shí)，他并不知道引力，引力是將行星保持在繞太陽軌道上的原因。但開普勒定律對艾薩克·牛頓發(fā)展萬有引力理論起到了重要作用，該理論解釋了開普勒第三定律背后的未知力。開普勒和他的理論對理解太陽系動力學(xué)至關(guān)重要，也是更準(zhǔn)確地近似行星軌道的新理論的跳板。然而，他的第三定律只適用于我們太陽系中的物體。
牛頓版本的開普勒第三定律允許我們計(jì)算太空中任何兩個物體的質(zhì)量，如果我們知道它們之間的距離以及它們繞彼此軌道運(yùn)行的時(shí)間（它們的軌道周期）。牛頓意識到，太空中物體的軌道取決于它們的質(zhì)量，這使他發(fā)現(xiàn)了引力。
牛頓廣義版的開普勒第三定律是我們今天對太空中遙遠(yuǎn)物體質(zhì)量進(jìn)行大多數(shù)測量的基礎(chǔ)。這些應(yīng)用包括確定圍繞行星運(yùn)行的衛(wèi)星質(zhì)量、圍繞彼此運(yùn)行的恒星質(zhì)量、黑洞質(zhì)量（使用受其引力影響的附近恒星）、系外行星質(zhì)量（圍繞太陽以外恒星運(yùn)行的行星），以及銀河系和其他星系中神秘暗物質(zhì)的存在。
在規(guī)劃航天器的軌道（或飛行計(jì)劃），以及測量衛(wèi)星和行星的質(zhì)量時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)家往往比牛頓更進(jìn)一步。它們解釋了與阿爾伯特·愛因斯坦相對論有關(guān)的因素，這是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)測量和太空飛行所需精度所必需的。
然而，牛頓定律在許多應(yīng)用中仍然足夠準(zhǔn)確，開普勒定律仍然是理解行星如何在太陽系中運(yùn)動的極好指南。
美國國家航空航天局的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡在我們的太陽系外發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆行星，并揭示了我們的星系中包含的行星比恒星還多。圖像：uux.cn國家航空和航天局
約翰內(nèi)斯·開普勒于1630年11月15日去世，享年58歲。美國國家航空航天局的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡就是以他的名字命名的。該航天器于2009年3月6日發(fā)射，花了九年時(shí)間尋找圍繞銀河系其他恒星運(yùn)行的類地行星。開普勒太空望遠(yuǎn)鏡留下了2600多個太陽系外行星發(fā)現(xiàn)的遺產(chǎn)，其中許多可能是有希望的生命之地。