開(kāi)普勒三大定律

開(kāi)普勒第一定律：每一個(gè)行星都沿各自的橢圓軌道環(huán)繞太陽(yáng)，太陽(yáng)則處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)中。

開(kāi)普勒第二定律：在相等時(shí)間內(nèi)，太陽(yáng)和運(yùn)動(dòng)著的行星的連線(xiàn)所掃過(guò)的面積相等。

開(kāi)普勒第三定律：各個(gè)行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方和它們周期的平方成正比，公式為[a3T2=k]。

約翰尼斯·開(kāi)普勒（1571-1630年），杰出的德國(guó)天文學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，即軌道定律、面積定律、周期定律。這三大定律最終使他贏得了“天空立法者”的美名，為哥白尼的日心說(shuō)提供了最可靠的證據(jù)。同時(shí)，他對(duì)光學(xué)和數(shù)學(xué)也做出了重要的貢獻(xiàn)。此外，他還是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)光學(xué)的奠基人。

開(kāi)普勒認(rèn)真地研究了他的導(dǎo)師第谷多年來(lái)對(duì)行星進(jìn)行仔細(xì)觀(guān)察所做的大量記錄。第谷是望遠(yuǎn)鏡發(fā)明以前的最后一位偉大的天文學(xué)家，開(kāi)普勒認(rèn)為通過(guò)對(duì)第谷的記錄做仔細(xì)的數(shù)學(xué)分析，就可以確定哥白尼日心說(shuō)、托勒密地心說(shuō)和第谷提出的軌道學(xué)說(shuō)，到底哪個(gè)是正確的。

當(dāng)時(shí)不論是地心說(shuō)還是日心說(shuō)，都認(rèn)為行星是作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的。但開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)，對(duì)火星的軌道來(lái)說(shuō)，按照哥白尼、托勒密和第谷提供的三種不同***，即便經(jīng)過(guò)多年的苦思冥想和煞費(fèi)苦心的數(shù)學(xué)計(jì)算，其結(jié)果都與第谷的實(shí)際觀(guān)測(cè)不符，于是他放棄了火星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的觀(guān)念，并試圖用別的幾何圖形來(lái)解釋。

1609年，他發(fā)現(xiàn)橢圓形完全適合這里的要求，能做出同樣準(zhǔn)確的解釋。最終，開(kāi)普勒認(rèn)識(shí)到了所存在的問(wèn)題：他與第谷、哥白尼以及所有的經(jīng)典天文學(xué)家一樣，都假定行星軌道是由圓或復(fù)合圓組成的，但實(shí)際上行星軌道不是圓形的而是橢圓形的。就這樣，開(kāi)普勒得出了“開(kāi)普勒第一定律（軌道定律）”：火星沿橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，太陽(yáng)處于兩焦點(diǎn)之一的位置。”

發(fā)現(xiàn)行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，需有擺脫傳統(tǒng)觀(guān)念的智慧和毅力，此前所有的天文學(xué)家，包括哥白尼和伽利略在內(nèi)，都堅(jiān)持天體是完美的物體，圓是完美的形狀，一切天體運(yùn)動(dòng)都是圓周運(yùn)動(dòng)的成見(jiàn)。第谷的精確觀(guān)測(cè)加上開(kāi)普勒的努力，終于將日心說(shuō)向前推進(jìn)了一大步。

接著，開(kāi)普勒又發(fā)現(xiàn)火星的運(yùn)行速度不是勻速的，當(dāng)它離太陽(yáng)較近時(shí)運(yùn)動(dòng)得較快（近日點(diǎn)），離太陽(yáng)較遠(yuǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)得較慢（遠(yuǎn)日點(diǎn)）。但從任何一點(diǎn)開(kāi)始，向徑（太陽(yáng)中心到行星中心的連線(xiàn)）在相等的時(shí)間所掃過(guò)的面積都相等。這就是“開(kāi)普勒第二定律（面積定律）”。

這兩條定律刊登在1609年出版的《新天文學(xué)》（又名《論火星的運(yùn)動(dòng)》）一書(shū)中，該書(shū)還指出兩條定律同樣適用于其他行星和月球的運(yùn)動(dòng)。

周期定律的發(fā)現(xiàn)更艱難，開(kāi)普勒克服了工作環(huán)境的不利與長(zhǎng)年的身心疲憊，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期繁雜的計(jì)算和無(wú)數(shù)次失敗，最后創(chuàng)立了行星運(yùn)動(dòng)的第三定律（周期定律）：行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的周期的平方，與它們橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的立方成正比。這一研究結(jié)果發(fā)表在1619年出版的《宇宙諧和論》書(shū)中。

開(kāi)普勒自幼天資聰穎，學(xué)業(yè)成績(jī)優(yōu)異，還是個(gè)充滿(mǎn)幻想與***的人。1600年，他出版了《夢(mèng)游》一書(shū)，這是一部談?wù)撊祟?lèi)與月球人交往的純幻想作品，書(shū)中談到了許多不可思議的東西，像噴氣推進(jìn)、零重力狀態(tài)、軌道慣性、宇宙服等等。人們至今不明白，近400年前的開(kāi)普勒，是根據(jù)什么想象出這些高科技成果的。盡管開(kāi)普勒的書(shū)是純幻想作品，受到古希臘哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯或古希臘神話(huà)的影響，但由此也可看出他具有極高的科學(xué)敏銳度與洞察力。