I. Kepler je cijeli život pokušavao da dokaže da je naš solarni sistem neka vrsta mistične umjetnosti. U početku je pokušao da dokaže da je struktura sistema slična pravilnim poliedrima iz starogrčke geometrije. U vrijeme Keplera bilo je poznato da postoji šest planeta. Vjerovalo se da su smješteni u kristalne sfere. Prema naučniku, ove sfere su bile locirane na takav način da se poliedri pravilnog oblika uklapaju tačno između susjednih sfera. Između Jupitera i Saturna nalazi se kocka upisana u spoljašnje okruženje u koje je upisana sfera. Između Marsa i Jupitera je tetraedar i tako dalje. Nakon mnogo godina posmatranja nebeskih objekata, pojavili su se Keplerovi zakoni i on je opovrgnuo svoju teoriju poliedra.
Zakoni
Geocentrični ptolemejski sistem svijeta zamijenjen je sistemom heliocentričnogtip koji je stvorio Kopernik. Još kasnije, Kepler je otkrio zakone kretanja planeta oko Sunca.
Nakon mnogo godina posmatranja planeta, pojavila su se tri Keplerova zakona. Razmotrite ih u članku.
Prvi
Prema prvom Keplerovom zakonu, sve planete u našem sistemu kreću se duž zatvorene krive koja se zove elipsa. Naša svjetiljka se nalazi u jednom od žarišta elipse. Dva su od njih: to su dvije tačke unutar krive, zbir udaljenosti od kojih je do bilo koje tačke elipse konstantan. Nakon dugih opservacija, naučnik je uspio otkriti da se orbite svih planeta u našem sistemu nalaze gotovo u istoj ravni. Neka nebeska tijela kreću se po eliptičnim orbitama blizu kruga. I samo se Pluton i Mars kreću po izduženijim orbitama. Na osnovu toga, prvi Keplerov zakon nazvan je zakon elipsa.
Drugi zakon
Proučavanje kretanja tela omogućava naučniku da ustanovi da je brzina planete veća u periodu kada je bliža Suncu, a manja kada je na maksimalnoj udaljenosti od Sunca (ovo su tačke perihela i afela).
Keplerov drugi zakon kaže sljedeće: svaka planeta se kreće u ravni koja prolazi kroz centar naše zvijezde. Istovremeno, vektor radijusa koji povezuje Sunce i proučavanu planetu opisuje jednake površine.
Dakle, jasno je da se tijela kreću oko žutog patuljka neravnomjerno, i da imaju maksimalnu brzinu u perihelu, a minimalnu brzinu u afelu. U praksi se to može vidjeti iz kretanja Zemlje. Godišnje početkom januaranaša planeta se tokom prolaska kroz perihel kreće brže. Zbog toga je kretanje Sunca duž ekliptike brže nego u drugim periodima godine. Početkom jula, Zemlja se kreće kroz afel, što uzrokuje da se Sunce kreće sporije duž ekliptike.
Treći zakon
Prema trećem Keplerovom zakonu, uspostavlja se veza između perioda okretanja planeta oko zvijezde i njene prosječne udaljenosti od nje. Naučnik je primijenio ovaj zakon na sve planete našeg sistema.
Objašnjenje zakona
Keplerovi zakoni mogli su se objasniti tek nakon što je Newton otkrio zakon gravitacije. Prema njemu, fizički objekti učestvuju u gravitacionoj interakciji. Ima univerzalnu univerzalnost, koja utiče na sve objekte materijalnog tipa i fizička polja. Prema Newtonu, dva stacionarna tijela međusobno djeluju jedno s drugim sa silom proporcionalnom proizvodu njihove težine i obrnuto proporcionalnom kvadratu praznina između njih.
Ogorčeni pokret
Kretanje tela našeg solarnog sistema kontroliše sila gravitacije žutog patuljka. Kada bi tijela privlačila samo sila Sunca, tada bi se planete kretale oko njega tačno po zakonima Keplerovog kretanja. Ova vrsta kretanja naziva se neometanim ili keplerovskim.
U stvari, sve objekte našeg sistema privlače ne samo naše svjetiljke, već i jedni druge. Stoga se nijedno tijelo ne može kretati tačno duž elipse, hiperbole ili kružnice. Ako tijelo tokom kretanja odstupi od Keplerovih zakona, onda ovose naziva perturbacija, a samo kretanje se naziva perturbirano. To je ono što se smatra stvarnim.
Orbite nebeskih tijela nisu fiksne elipse. Tokom privlačenja od strane drugih tijela, elipsa orbite se mijenja.
Doprinos I. Newtona
Isak Njutn je bio u stanju da iz Keplerovih zakona o kretanju planeta izvede zakon univerzalne gravitacije. Newton je koristio univerzalnu gravitaciju da riješi kosmičko-mehaničke probleme.
Nakon Isaka, napredak u polju nebeske mehanike bio je razvoj matematičke nauke koja se koristila za rješavanje jednačina koje izražavaju Newtonove zakone. Ovaj naučnik je uspeo da ustanovi da je gravitacija planete određena rastojanjem do nje i masom, ali indikatori kao što su temperatura i sastav nemaju nikakav uticaj.
U svom naučnom radu, Newton je pokazao da treći Keplerov zakon nije sasvim tačan. Pokazao je da je prilikom izračunavanja važno uzeti u obzir masu planete, jer su kretanje i težina planeta povezani. Ova harmonična kombinacija pokazuje odnos između Keplerovih zakona i Newtonovog zakona gravitacije.
Astrodinamika
Primjena Newtonovih i Keplerovih zakona postala je osnova za nastanak astrodinamike. Ovo je grana nebeske mehanike koja proučava kretanje umjetno stvorenih kosmičkih tijela, odnosno: satelita, međuplanetarne stanice, raznih brodova.
Astrodinamika se bavi proračunima orbita svemirskih letjelica, a također određuje koje parametre lansirati, koju orbitu lansirati, koje manevre treba izvesti,planiranje gravitacionog efekta na brodove. I to nikako nisu svi praktični zadaci koji se postavljaju pred astrodinamiku. Svi dobijeni rezultati se koriste u velikom broju svemirskih misija.
Astrodinamika je usko povezana sa nebeskom mehanikom, koja proučava kretanje prirodnih kosmičkih tela pod uticajem gravitacije.
Orbite
Pod orbitom shvatiti putanju tačke u datom prostoru. U nebeskoj mehanici se uobičajeno vjeruje da putanja tijela u gravitacionom polju drugog tijela ima mnogo veću masu. U pravougaonom koordinatnom sistemu putanja može biti u obliku konusnog preseka, tj. biti predstavljen parabolom, elipsom, krugom, hiperbolom. U ovom slučaju, fokus će se poklopiti sa centrom sistema.
Dugo se vjerovalo da orbite trebaju biti okrugle. Naučnici su dugo vremena pokušavali odabrati upravo kružnu verziju pokreta, ali nisu uspjeli. I samo je Kepler uspio objasniti da se planete ne kreću po kružnoj orbiti, već po izduženoj. To je omogućilo otkrivanje tri zakona koji bi mogli opisati kretanje nebeskih tijela u orbiti. Kepler je otkrio sljedeće elemente orbite: oblik orbite, njen nagib, položaj ravnine orbite tijela u prostoru, veličinu orbite i vrijeme. Svi ovi elementi definiraju orbitu, bez obzira na njen oblik. U proračunima, glavna koordinatna ravan može biti ravan ekliptike, galaksije, planetarnog ekvatora, itd.
Više studija to pokazujugeometrijski oblik orbite može biti eliptičan i zaobljen. Postoji podjela na zatvorene i otvorene. Prema kutu nagiba orbite prema ravni Zemljinog ekvatora, orbite mogu biti polarne, nagnute i ekvatorijalne.
Prema periodu okretanja oko tijela, orbite mogu biti sinhrone ili sunce-sinhrone, sinhrone-dnevne, kvazi-sinhrone.
Kao što je Kepler rekao, sva tijela imaju određenu brzinu kretanja, tj. orbitalna brzina. Može biti konstantan tokom cijele cirkulacije oko tijela ili se mijenjati.
