Entdecken Sie die Bewegungsgesetze von Johannes Kepler

Die Planeten und Kometen des Sonnensystems folgen leicht elliptischen Bahnen um die Sonne. Monde und andere Satelliten tun dasselbe um ihre Planeten herum. Dieses Diagramm zeigt die Formen der Umlaufbahnen, obwohl es nicht maßstabsgetreu ist. NASA

Alles im Universum ist in Bewegung. Monde umkreisen Planeten, die wiederum Sterne umkreisen. Galaxien haben Millionen und Abermillionen von Sternen, die in ihnen kreisen, und über sehr große Skalen kreisen Galaxien in riesigen Haufen. Auf der Skala des Sonnensystems stellen wir fest, dass die meisten Umlaufbahnen weitgehend elliptisch sind (eine Art abgeflachter Kreis). Objekte, die näher an ihren Sternen und Planeten sind, haben schnellere Umlaufbahnen, während weiter entfernte Objekte längere Umlaufbahnen haben.

Es hat lange gedauert, bis Himmelsbeobachter diese Bewegungen herausgefunden haben, und wir wissen darüber dank der Arbeit eines Renaissance-Genies namens Johannes Kepler (der von 1571 bis 1630 lebte). Er betrachtete den Himmel mit großer Neugier und dem brennenden Bedürfnis, die Bewegungen der Planeten zu erklären, die über den Himmel zu wandern schienen.

Wer war Kepler?

Kepler war ein deutscher Astronom und Mathematiker, dessen Ideen unser Verständnis der Planetenbewegung grundlegend veränderten. Sein bekanntestes Werk stammt aus seiner Anstellung bei einem dänischen Astronomen Tycho Brahe (1546-1601). 1599 ließ er sich in Prag (damals Hof des deutschen Kaisers Rudolf) nieder und wurde Hofastronom. Dort beauftragte er Kepler, ein mathematisches Genie, mit der Durchführung seiner Berechnungen.

Kepler hatte Astronomie studiert, lange bevor er Tycho begegnete; er favorisierte die kopernikanische Weltanschauung, wonach die Planeten die Sonne umkreisen. Kepler korrespondierte auch mit Galileo über seine Beobachtungen und Schlussfolgerungen.

Schließlich schrieb Kepler auf der Grundlage seiner Arbeit mehrere Werke über Astronomie, darunter Neue Astronomie , Harmonien der Welt , und Inbegriff der kopernikanischen Astronomie . Seine Beobachtungen und Berechnungen inspirierten spätere Generationen von Astronomen, auf seinen Theorien aufzubauen. Er arbeitete auch an Problemen in der Optik und erfand insbesondere eine bessere Version des Linsenteleskops. Kepler war ein zutiefst religiöser Mann und glaubte während seines Lebens eine Zeit lang auch an einige Grundsätze der Astrologie.

Keplers mühselige Aufgabe

Kepler wurde von Tycho Brahe beauftragt, die Beobachtungen zu analysieren, die Tycho vom Planeten Mars gemacht hatte. Zu diesen Beobachtungen gehörten einige sehr genaue Messungen der Position des Planeten, die weder mit den Messungen von Ptolemäus noch mit den Erkenntnissen von Kopernikus übereinstimmten. Von allen Planeten wies die vorhergesagte Position des Mars die größten Fehler auf und war daher das größte Problem. Tychos Daten waren die besten verfügbaren vor der Erfindung des Teleskops. Während er Kepler für seine Hilfe bezahlte, hütete Brahe seine Daten eifersüchtig und Kepler hatte oft Mühe, die Zahlen zu bekommen, die er für seine Arbeit brauchte.

Genaue Daten

Als Tycho starb, konnte Kepler Brahes Beobachtungsdaten erhalten und versuchte herauszufinden, was sie bedeuteten. 1609, im selben Jahr, dass Galileo Galilei Als Kepler zuerst sein Teleskop zum Himmel richtete, erhaschte er einen flüchtigen Blick auf das, was er für die Antwort hielt. Die Genauigkeit von Tychos Beobachtungen war gut genug für Kepler, um zu zeigen, dass die Umlaufbahn des Mars genau der Form einer Ellipse (einer länglichen, fast eiförmigen Form des Kreises) entsprechen würde.

Form des Pfades

Seine Entdeckung machte Johannes Kepler zum ersten, der verstand, dass sich die Planeten in unserem Sonnensystem auf Ellipsen und nicht auf Kreisen bewegen. Er setzte seine Untersuchungen fort und entwickelte schließlich drei Prinzipien der Planetenbewegung. Diese wurden als Keplersche Gesetze bekannt und revolutionierten die Planetenastronomie. Viele Jahre nach Kepler, Herr Isaac Newton bewiesen, dass alle drei Kepler-Gesetze ein direktes Ergebnis der Gesetze der Gravitation und der Physik sind, die die Kräfte bestimmen, die zwischen verschiedenen massiven Körpern wirken. Also, was sind Keplers Gesetze? Hier ist ein kurzer Blick auf sie, wobei die Terminologie verwendet wird, die Wissenschaftler verwenden, um Orbitalbewegungen zu beschreiben.

Keplers erstes Gesetz

Keplers erstes Gesetz besagt, dass „sich alle Planeten auf elliptischen Bahnen bewegen, wobei die Sonne in einem Brennpunkt und der andere leer ist“. Dies gilt auch für Kometen, die die Sonne umkreisen. Auf Erdsatelliten angewendet, wird der Erdmittelpunkt zu einem Brennpunkt, während der andere Brennpunkt leer ist.

Keplers zweites Gesetz

Keplers zweites Gesetz heißt Flächengesetz. Dieses Gesetz besagt, dass 'die Linie, die den Planeten mit der Sonne verbindet, in gleichen Zeitintervallen gleiche Flächen überstreicht'. Um das Gesetz zu verstehen, denken Sie darüber nach, wann ein Satellit umkreist. Eine imaginäre Linie, die ihn mit der Erde verbindet, überstreicht in gleichen Zeiträumen gleiche Flächen. Die Segmente AB und CD benötigen zur Abdeckung die gleiche Zeit. Daher ändert sich die Geschwindigkeit des Satelliten abhängig von seiner Entfernung vom Erdmittelpunkt. Die Geschwindigkeit ist an dem Punkt in der Umlaufbahn am größten, der der Erde am nächsten ist, genannt Perigäum, und am langsamsten an dem Punkt, der am weitesten von der Erde entfernt ist, genannt Apogäum. Es ist wichtig zu beachten, dass die Umlaufbahn eines Satelliten nicht von seiner Masse abhängt.

Keplers drittes Gesetz

Keplers 3. Gesetz heißt Periodengesetz. Dieses Gesetz setzt die Zeit, die ein Planet für eine vollständige Umrundung der Sonne benötigt, in Beziehung zu seiner mittleren Entfernung von der Sonne. Das Gesetz besagt, dass „für jeden Planeten das Quadrat seiner Umlaufzeit direkt proportional zur Kubikzahl seines mittleren Abstands von der Sonne ist“. Auf Erdsatelliten angewendet, erklärt Keplers 3. Gesetz, dass je weiter ein Satellit von der Erde entfernt ist, desto länger dauert es, um eine Umlaufbahn zu absolvieren, desto größer ist die Entfernung, die er zurücklegt, um eine Umlaufbahn abzuschließen, und desto langsamer wird seine Durchschnittsgeschwindigkeit sein. Man kann sich das auch so vorstellen, dass sich der Satellit am schnellsten bewegt, wenn er der Erde am nächsten ist, und langsamer, wenn er weiter entfernt ist.

Bearbeitet vonCarolyn Collins Petersen.