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关于【开普勒定律】:开普勒定律（开普勒定律只适用于太阳系），第谷与开普勒的三大定律，今天小编给您分享一下，如果对您有所帮助别忘了关注本站哦。
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- 1、开普勒定律（开普勒定律只适用于太阳系）
- 2、第谷与开普勒的三大定律
1、开普勒定律（开普勒定律只适用于太阳系）
开普勒三大定律
开普勒第一定律：每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，太阳则处在椭圆的一个焦点中。
开普勒第二定律：在相等时间内，太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积相等。
开普勒第三定律：各个行星绕太阳公转的椭圆轨道的半长轴的三次方和它们周期的平方成正比，公式为[a3T2=k]。
约翰尼斯·开普勒（1571-1630年），杰出的德国天文学家，发现了行星运动的三大定律，即轨道定律、面积定律、周期定律。这三大定律最终使他赢得了“天空立法者”的美名，为哥白尼的日心说提供了最可靠的证据。同时，他对光学和数学也做出了重要的贡献。此外，他还是现代实验光学的奠基人。
开普勒认真地研究了他的导师第谷多年来对行星进行仔细观察所做的大量记录。第谷是望远镜发明以前的最后一位伟大的天文学家，开普勒认为通过对第谷的记录做仔细的数学分析，就可以确定哥白尼日心说、托勒密地心说和第谷提出的轨道学说，到底哪个是正确的。
当时不论是地心说还是日心说，都认为行星是作匀速圆周运动的。但开普勒发现，对火星的轨道来说，按照哥白尼、托勒密和第谷提供的三种不同方法，即便经过多年的苦思冥想和煞费苦心的数学计算，其结果都与第谷的实际观测不符，于是他放弃了火星作匀速圆周运动的观念，并试图用别的几何图形来解释。
1609年，他发现椭圆形完全适合这里的要求，能做出同样准确的解释。最终，开普勒认识到了所存在的问题：他与第谷、哥白尼以及所有的经典天文学家一样，都假定行星轨道是由圆或复合圆组成的，但实际上行星轨道不是圆形的而是椭圆形的。就这样，开普勒得出了“开普勒第一定律（轨道定律）”：火星沿椭圆轨道绕太阳运行，太阳处于两焦点之一的位置。”
发现行星沿椭圆轨道运动，需有摆脱传统观念的智慧和毅力，此前所有的天文学家，包括哥白尼和伽利略在内，都坚持天体是完美的物体，圆是完美的形状，一切天体运动都是圆周运动的成见。第谷的精确观测加上开普勒的努力，终于将日心说向前推进了一大步。
接着，开普勒又发现火星的运行速度不是匀速的，当它离太阳较近时运动得较快（近日点），离太阳较远时运动得较慢（远日点）。但从任何一点开始，向径（太阳中心到行星中心的连线）在相等的时间所扫过的面积都相等。这就是“开普勒第二定律（面积定律）”。
这两条定律刊登在1609年出版的《新天文学》（又名《论火星的运动》）一书中，该书还指出两条定律同样适用于其他行星和月球的运动。
周期定律的发现更艰难，开普勒克服了工作环境的不利与长年的身心疲惫，经过长期繁杂的计算和无数次失败，最后创立了行星运动的第三定律（周期定律）：行星绕太阳公转运动的周期的平方，与它们椭圆轨道的半长轴的立方成正比。这一研究结果发表在1619年出版的《宇宙谐和论》书中。
开普勒自幼天资聪颖，学业成绩优异，还是个充满幻想与激情的人。1600年，他出版了《梦游》一书，这是一部谈论人类与月球人交往的纯幻想作品，书中谈到了许多不可思议的东西，像喷气推进、零重力状态、轨道惯性、宇宙服等等。人们至今不明白，近400年前的开普勒，是根据什么想象出这些高科技成果的。尽管开普勒的书是纯幻想作品，受到古希腊哲学家和数学家毕达哥拉斯或古希腊神话的影响，但由此也可看出他具有极高的科学敏锐度与洞察力。
2、第谷与开普勒的三大定律
第谷于1546年生于丹麦一个贵族家庭，而且是一个与丹麦国王关系非常好的贵族家庭。两岁时，他被其膝下无子的叔父抢去，由其抚养成人。本来他按照叔父的意愿学习法律，不过发生在1560年的一次日全食使他对天文学发生了兴趣。这次日全食是被预报的，据说在法国曾引起人们极大恐慌。人们纷纷要求忏悔，为争抢位置打架。后来证明日食发生时间跟预报时间只差一天。这强烈地震撼了年仅13的第谷。
1572年仙后座超新星爆发对第谷来说是一件幸事。
人类历史上，肉眼可见的超新星没几个，最早有文献记载的是中国古人记录的公元185年的“客星”，见于后汉书。第二个发生在1006年，这颗新星特别亮，据说一度人们可以在午夜借助其阅读书稿。这颗星也因此在中國、埃及、伊拉克、日本、瑞士都有记录。第三颗发生在1054年金牛座，中國和阿拉伯的天文學家对此有详细记录。之后第四颗便是1572年第谷注意到的那颗。
这颗星给第谷启发很大。
长期以来，欧洲人的宇宙观是亚里士多德的宇宙观。仰望星空，星空亘古不变。所以亚里士多德把宇宙分成月下与月上，月上是完美的是永恒的是一成不变的，星星的运动是简单的匀速圆周运动，这种运动没有起点没有终点也不需要理由；月下世界则有出生与死亡，繁荣与衰败，处在永恒的变化之中。可是，现在天空出现了一颗新的星，它属于哪里？既然是新生出来的星，应该是属于月下，也就是离我们足够近，可是在接下来的几个月里，第谷怎么也观察不到其视差，准确地说在几个月里，这颗星相对其他星的位置没有任何变化。所以，它只能是在月上，这就违背了亚里士多德的学说。
第谷得到丹麦国王的厚赐。国王给了他一个小岛，让他当岛的领主，在岛上建观测台。国王对他的支持是很可观的，据说一度达到丹麦年财政收入的百分之一。作为领主，第谷有权利让岛上的农民无偿给他服劳役。这样，第谷为自己设计建造了一个私人天文观测台。为了提高观测精度，他设计的仪器尺寸史无前例地大。为了避免风的影响，仪器放在地下。就这样，第谷在岛上积累了大概20年的数据。他的精度据说比前人高一个量级。需要指出的是，第谷那个时候是没有天文望远镜的，第谷所有观测都是基于肉眼。
不过后来国王去世，第谷失势。1596年他离开丹麦，辗转到了布拉格，成为神圣罗马帝国御用天文学家。可惜他在布拉格的日子不长，1601年即去世，享年54。
在布拉格，1600年，第谷见到了开普勒。与第谷的贵族出生不同，开普勒出生平民，不过开普勒还是有机会接受教育。受柏拉图和毕达哥拉斯的影响，又由于其数学天赋，开普勒相信世界的构造是几何的，他因此构造了一个基于正多面体的宇宙模型，并因此多少获得了些名声。第谷找开普勒来，是希望借助其数学才能，分析他20多年积累的数据，证实他提出的日心-地不动的宇宙模型。而开普勒则希望利用第谷的数据验证其多面体理论。这也许是科学史上第一次理论与实验的合作。
开始第谷和开普勒相处不是很愉快，因为第谷只给开普勒透露小部分数据。不过，第谷不久就死去了。临死前，第谷对开普勒寄予厚望，希望后者好好挖掘他耗尽毕生心血积累的数据，不让他一生努力白费。据说第谷还给自己写了墓志铭：He lived like a sage and died like a fool。
开普勒没有辜负第谷。只不过，开普勒是证实了哥白尼模型，而不是第谷的日心-地不动模型。开普勒的发现他的第一和第二定律，主要靠的是火星。当时人们肉眼所见的5颗行星，火星是最难处理的。今天我们知道，原因在于它的轨道偏心率较大，为0.0934，仅次于水星的0.205。相比之下，地球的轨道偏心率是0.0167，而金星则只有0.00677。
开普勒构建火星轨道的办法很巧妙。主要原理也是三角学。火星的轨道周期可以通过观察火星大冲发生的时刻来推算。相关办法哥白尼就用过。具体来讲，火星轨道周期是687天，不到两年。所以，开普勒知道，每隔687天，火星回到初始位置一次。于是，我们可以取间隔为687天的两次观测数据，这些数据即太阳和火星对地球的张角。因为地球轨道偏心率很小，所以可以近似认为其轨道就是一个圆。这样，在两次观察时，地球的轨道位置（E1，E2）我们也知道。显然，这些数据足够我们确定火星M的位置。第谷的观测数据精度是如此之高，以至于开普勒发现只有用一个椭圆才能最好地拟合火星轨道。
开普勒建立他的第一和第二定律，几乎只靠了一颗行星，即火星。金星这样的轨道太接近一个圆，即便第谷的数据也不够分辨其为椭圆。而木星和土星的轨道周期太长，即便第谷也没有足够的数据。
若干年后（1617年），开普勒又发现了他的第三定律，即行星轨道周期的平方与其轨道长半轴的三次方成正比。这次，他也只有6个点。他的第三定律是独立于第一和第二定律的。其实哥白尼完全有机会发现这个定律，行星的轨道半径和周期哥白尼都有，即便有点误差，也不会有太大影响。
所以，如曹则贤研究员所强调的，先验的信念很多时候比简单的数据积累更重要。不然，开普勒不会对从如此有限的数据中获得的规律如此有信心。
开普勒认为他发现了上帝的秘密。他曾写到，
I am indeed casting the die and writing the book, either for my contemporaries or for posterity to read, it matters not which: let the book await its reader for a hundred years; God himself has waited six thousand years for his work to be seen.
参考文献：科学网
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