I. Kepler je cijeli život pokušavao dokazati da je naš Sunčev sustav neka vrsta mistične umjetnosti. U početku je pokušao dokazati da je struktura sustava slična pravilnim poliedrima iz starogrčke geometrije. U vrijeme Keplera bilo je poznato da postoji šest planeta. Vjerovalo se da su stavljeni u kristalne kugle. Prema znanstvenicima, te su kugle bile smještene na takav način da se poliedri ispravnog oblika uklapaju točno između susjednih sfera. Između Jupitera i Saturna nalazi se kocka upisana u vanjsko okruženje u koje je upisana kugla. Između Marsa i Jupitera je tetraedar i tako dalje. Nakon mnogo godina promatranja nebeskih objekata pojavili su se Keplerovi zakoni i on je opovrgnuo svoju teoriju poliedra.
Zakoni
Geocentrični ptolemejski sustav svijeta zamijenjen je sustavom heliocentričnogtip koji je stvorio Kopernik. Još kasnije, Kepler je otkrio zakone gibanja planeta oko Sunca.
Nakon mnogo godina promatranja planeta, pojavila su se tri Keplerova zakona. Razmotrite ih u članku.
Prvi
Prema prvom Keplerovom zakonu, svi planeti u našem sustavu kreću se po zatvorenoj krivulji zvanoj elipsa. Naša svjetiljka se nalazi u jednom od žarišta elipse. Dvije su od njih: to su dvije točke unutar krivulje, zbroj udaljenosti od kojih je do bilo koje točke elipse konstantan. Nakon dugotrajnih promatranja, znanstvenik je uspio otkriti da se orbite svih planeta u našem sustavu nalaze gotovo u istoj ravnini. Neka nebeska tijela kreću se po eliptičnim putanjama blizu kružnice. I samo se Pluton i Mars kreću po izduženijim orbitama. Na temelju toga, Keplerov prvi zakon nazvan je zakon elipsa.
Drugi zakon
Proučavanje kretanja tijela omogućuje znanstveniku da ustanovi da je brzina planeta veća u razdoblju kada je bliža Suncu, a manja kada je na maksimalnoj udaljenosti od Sunca (to su točke perihela i afela).
Keplerov drugi zakon kaže sljedeće: svaki se planet kreće u ravnini koja prolazi kroz središte naše zvijezde. Istovremeno, vektor radijusa koji povezuje Sunce i planet koji se proučava opisuje jednaka područja.
Dakle, jasno je da se tijela oko žutog patuljka kreću neravnomjerno, te da imaju maksimalnu brzinu u perihelu, a minimalnu brzinu u afelu. U praksi se to vidi iz kretanja Zemlje. Godišnje početkom siječnjanaš se planet, tijekom prolaska kroz perihel, kreće brže. Zbog toga je kretanje Sunca duž ekliptike brže nego u druga doba godine. Početkom srpnja, Zemlja se kreće kroz afel, što uzrokuje sporije kretanje Sunca duž ekliptike.
Treći zakon
Prema trećem Keplerovom zakonu, uspostavlja se veza između perioda okretanja planeta oko zvijezde i njihove prosječne udaljenosti od nje. Znanstvenik je primijenio ovaj zakon na sve planete našeg sustava.
Objašnjenje zakona
Keplerovi zakoni mogli su se objasniti tek nakon Newtonovog otkrića zakona gravitacije. Prema njemu, fizički objekti sudjeluju u gravitacijskoj interakciji. Ima univerzalnu univerzalnost, koja utječe na sve objekte materijalne vrste i fizička polja. Prema Newtonu, dva stacionarna tijela djeluju međusobno međusobno sa silom proporcionalnom umnošku njihove težine i obrnuto proporcionalnom kvadratu praznina između njih.
Ogorčeni pokret
Kretanje tijela našeg Sunčevog sustava kontrolira sila gravitacije žutog patuljka. Kad bi tijela privlačila samo sila Sunca, tada bi se planeti kretali oko njega točno prema zakonima Keplerovog gibanja. Ova vrsta kretanja naziva se neometanim ili keplerovskim.
Zapravo, sve objekte našeg sustava privlače ne samo naše svjetiljke, već i jedni druge. Stoga se niti jedno tijelo ne može kretati točno duž elipse, hiperbole ili kružnice. Ako tijelo tijekom gibanja odstupi od Keplerovih zakona, onda ovonaziva se perturbacija, a samo gibanje naziva se perturbirano. To se smatra stvarnim.
Orbite nebeskih tijela nisu fiksne elipse. Tijekom privlačenja od strane drugih tijela, elipsa orbite se mijenja.
Doprinos I. Newtona
Isaac Newton je iz Keplerovih zakona o gibanju planeta uspio izvesti zakon univerzalne gravitacije. Newton je koristio univerzalnu gravitaciju za rješavanje kozmičko-mehaničkih problema.
Nakon Isaaca, napredak u području nebeske mehanike bio je razvoj matematičke znanosti korištene za rješavanje jednadžbi koje izražavaju Newtonove zakone. Ovaj je znanstvenik uspio ustanoviti da je gravitacija planeta određena udaljenosti do njega i masom, ali pokazatelji kao što su temperatura i sastav nemaju nikakav utjecaj.
U svom znanstvenom radu Newton je pokazao da treći Keplerov zakon nije sasvim točan. Pokazao je da je pri izračunu važno uzeti u obzir masu planeta, budući da su kretanje i težina planeta povezani. Ova harmonijska kombinacija pokazuje odnos između Keplerovih zakona i Newtonovog zakona gravitacije.
Astrodinamika
Primjena Newtonovih i Keplerovih zakona postala je temelj za nastanak astrodinamike. Ovo je grana nebeske mehanike koja proučava kretanje umjetno stvorenih kozmičkih tijela, odnosno: satelita, međuplanetarne stanice, raznih brodova.
Astrodinamika se bavi izračunima orbita svemirskih letjelica, a također određuje koje parametre lansirati, koju orbitu lansirati, koje manevre treba izvesti,planiranje gravitacijskog učinka na brodove. I to nikako nisu svi praktični zadaci koji se postavljaju pred astrodinamiku. Svi dobiveni rezultati koriste se u raznim svemirskim misijama.
Astrodinamika je usko povezana s nebeskom mehanikom, koja proučava kretanje prirodnih kozmičkih tijela pod utjecajem gravitacije.
Orbite
Pod orbitom razumjeti putanju točke u danom prostoru. U nebeskoj mehanici obično se vjeruje da putanja tijela u gravitacijskom polju drugog tijela ima mnogo veću masu. U pravokutnom koordinatnom sustavu putanja može biti u obliku konusnog presjeka, t.j. biti predstavljen parabolom, elipsom, kružnicom, hiperbolom. U ovom slučaju, fokus će se poklopiti sa središtem sustava.
Dugo se vrijeme vjerovalo da orbite trebaju biti okrugle. Dosta dugo vremena znanstvenici su pokušavali odabrati točno kružnu verziju pokreta, ali nisu uspjeli. I samo je Kepler uspio objasniti da se planeti 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 njezin oblik. U proračunima, glavna koordinatna ravnina može biti ravnina 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 ravnini Zemljinog ekvatora, orbite mogu biti polarne, nagnute i ekvatorijalne.
Prema periodu okretanja oko tijela, orbite mogu biti sinkrone ili sunce-sinkrone, sinkrone-dnevne, kvazi-sinkrone.
Kao što je Kepler rekao, sva tijela imaju određenu brzinu kretanja, tj. orbitalna brzina. Može biti konstantan tijekom cijele cirkulacije oko tijela ili se mijenjati.
