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Entdecken Sie Keplers Gesetze der Planetenbewegung

Alles im Universum ist in Bewegung. Monde umkreisen Planeten, die wiederum Sterne umkreisen. In Galaxien kreisen Millionen und Abermillionen von Sternen, und über sehr große Skalen kreisen Galaxien in riesigen Clustern. 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 liegen, haben schnellere Umlaufbahnen, während entfernte Objekte längere Umlaufbahnen haben.

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

 

Wer war Kepler?

Kepler war ein deutscher Astronom und Mathematiker, dessen Ideen unser Verständnis der Planetenbewegung grundlegend veränderten. Seine bekannteste Arbeit stammt aus seiner Anstellung beim dänischen Astronomen Tycho Brahe (1546-1601). Er ließ sich 1599 in Prag nieder (damals Sitz des deutschen Kaisers Rudolf) und wurde Hofastronom. Dort beauftragte er Kepler, ein mathematisches Genie, mit der Berechnung.

Kepler hatte lange bevor er Tycho kennenlernte Astronomie studiert; Er befürwortete die kopernikanische Weltanschauung, wonach die Planeten die Sonne umkreisten. Kepler korrespondierte auch mit Galileo über seine Beobachtungen und Schlussfolgerungen.

Basierend auf seiner Arbeit schrieb Kepler schließlich mehrere Werke über Astronomie, darunter Astronomia Nova , Harmonices Mundi und Epitome of Copernican Astronomy . 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 brechenden Teleskops. Kepler war ein zutiefst religiöser Mann und glaubte auch eine Zeit lang an einige Grundsätze der Astrologie.

 

Keplers mühsame Aufgabe

Kepler wurde von Tycho Brahe beauftragt, die Beobachtungen zu analysieren, die Tycho über den Planeten Mars gemacht hatte. Diese Beobachtungen umfassten einige sehr genaue Messungen der Position des Planeten, die weder mit den Messungen von Ptolemäus noch mit den Ergebnissen von Copernicus übereinstimmten. Von allen Planeten hatte die vorhergesagte Position des Mars die größten Fehler und war daher das größte Problem. Tychos Daten waren die besten, die vor der Erfindung des Teleskops verfügbar waren. Während er Kepler für seine Hilfe bezahlte, schützte Brahe seine Daten eifersüchtig und Kepler bemühte sich oft, die Zahlen zu finden, die er für seine Arbeit benötigte.

 

Genaue Daten

Als Tycho starb, konnte Kepler Brahes Beobachtungsdaten erhalten und versuchte herauszufinden, was sie bedeuteten. Im Jahr 1609, im selben Jahr, in dem Galileo Galilei sein Teleskop zum Himmel drehte, erhaschte Kepler einen 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 in Ellipsen und nicht in Kreisen bewegten. Er setzte seine Untersuchungen fort und entwickelte schließlich drei Prinzipien der Planetenbewegung. Diese wurden als Keplers Gesetze bekannt und revolutionierten die planetare Astronomie. Viele Jahre nach Kepler hat Sir Isaac Newton bewiesen, dass alle drei Gesetze von Kepler ein direktes Ergebnis der Gesetze der Gravitation und der Physik sind, die die Kräfte regeln, die zwischen verschiedenen massiven Körpern wirken. Also, was sind Keplers Gesetze? Hier ist ein kurzer Blick auf sie, wobei die Terminologie verwendet wird, mit der Wissenschaftler Orbitalbewegungen beschreiben.

 

Keplers erstes Gesetz

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

 

Keplers zweites Gesetz

Keplers zweites Gesetz heißt Gebietsgesetz. Dieses Gesetz besagt, dass „die Linie, die den Planeten mit der Sonne verbindet, in gleichen Zeitintervallen über gleiche Gebiete verläuft“. Um das Gesetz zu verstehen, denken Sie darüber nach, wann ein Satellit umkreist. Eine imaginäre Linie, die sie mit der Erde verbindet, fegt in gleichen Zeiträumen über gleiche Gebiete. Die Segmente AB und CD werden gleich lange abgedeckt. Daher ändert sich die Geschwindigkeit des Satelliten in Abhängigkeit von seiner Entfernung vom Erdmittelpunkt. Die Geschwindigkeit ist an dem Punkt in der Umlaufbahn am nächsten, der der Erde am nächsten liegt, genannt Perigäum, und am langsamsten an dem Punkt, der am weitesten von der Erde entfernt ist und Apogäum genannt wird. 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 bezieht die Zeit, die ein Planet benötigt, um eine vollständige Reise um die Sonne zu unternehmen, auf seine mittlere Entfernung von der Sonne. Das Gesetz besagt, dass „für jeden Planeten das Quadrat seiner Rotationsperiode direkt proportional zum Würfel seiner mittleren Entfernung von der Sonne ist“. Auf Erdsatelliten angewendet, erklärt Keplers drittes Gesetz, dass je weiter ein Satellit von der Erde entfernt ist, desto länger es dauert, eine Umlaufbahn zu vollenden, desto größer ist die Entfernung, die er zurücklegt, um eine Umlaufbahn zu vollenden, und desto langsamer wird seine Durchschnittsgeschwindigkeit sein. Eine andere Möglichkeit ist, dass sich der Satellit am schnellsten bewegt, wenn er der Erde am nächsten ist, und langsamer, wenn er weiter entfernt ist.

Herausgegeben von Carolyn Collins Petersen .

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