Гелиоцентрическая теория Николая Коперника

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

До трудов Коперника, в мире преобладала геоцентрическая теория Птолемея, утверждавшая, что неподвижная Земля является центром вселенной, а все остальные объекты вращаются вокруг неё. На рисунке 1 представлена система Птолемея с Землёй в центре.

Рисунок 1 – геоцентрическая система Птолемея

Коперник считал недостатком геоцентризма то, что возникала иллюзия возвратного движения планет относительно Земли. Анализируя данные астрономических наблюдений Коперник объяснил причины попятных движений планет, вычислил расстояния планет от Солнца и периоды их обращений. Сложные движения планет, которые были главной загадкой астрономии с древнейших времён, в гелиоцентрической системе объясняются тем, что угловые скорости движения планет по орбитам уменьшаются с увеличением расстояния от Солнца. В результате, когда планета наблюдается в той же части неба, что и Солнце, она совершает видимое движение относительно звёзд в том же (прямом) направлении, что и Солнце: с запада на восток. Однако когда Земля проходит между Солнцем и планетой, она как бы опережает планету, в результате чего последняя движется на фоне звёзд в обратном направлении, с востока на запад. Отсюда следует, что планеты совершают попятные движения, когда планеты находятся наиболее близко к Земле и, как следствие, являясь наиболее яркими при наблюдении с Земли.

В результате наблюдений и вычислений Коперника, им была выдвинута гелиоцентрическая теория, согласно которой центром является Солнце, а все остальные тела, включая Землю, вращаются вокруг Солнца. На рисунке 2 представлена гелиоцентрическая система Коперника.

Рисунок 2- гелиоцентрическая система мира Николая Коперника

Результаты своих трудов Коперник обнародовал в книге “О вращениях небесных сфер”, изданной в 1543 году. В некоторых отношениях теория Коперника сохраняла положения, характерные для геоцентризма:

- центром планетной системы был центр земной орбиты;

- из всех планет только Земля двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась, что Коперник объяснял комбинацией движения по большим и малым кругам.

2.2 Законы движения планет Иоганна Кеплера

Иоганн Кеплер признавал и открыто поддерживал идеи Коперника. Он пытался усовершенствовать гелиоцентрическую систему, согласно своим наблюдениям и расчётам. Уже в 1596 году он издает свой труд “Космографическую тайна”, где, принимая вывод Коперника о центральном положении Солнца в планетной системе, пытается найти связь между расстояниями планетных орбит и радиусами сфер, в которые в определенном порядке вписаны и вокруг которых описаны правильные многогранники. В результате им были выдвинуты законы движения небесных тел.

Первый Закон Кеплера. Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. На рисунке 3 схематично представлено эллипсообразное движение небесного тела вокруг Солнца согласно первому закону Кеплера.

Рисунок 3 – движение планеты по эллипсу, согласно первому закону Кеплера.

Форма эллипса и степень его сходства с окружностью вычисляются по формуле (1):

где: {\displaystyle c}

с — расстояние от центра эллипса до его фокуса (половина межфокусного расстояния),

{\displaystyle {a}}а— большая полуось. Величина называется эксцентриситетом эллипса. При {\displaystyle c=0}с=0, и е=0, следовательно, {\displaystyle e=0} эллипс превращается в окружность.

Второй закон Кеплера. Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади.

На рисунке 4 изображено графическое открытие Кеплера, выраженное в его втором законе.

Рисунок 4 – движение небесного тела и описываемые им площади, согласно второму закону Кеплера

Применительно к нашей Солнечной системе, с этим законом связаны два понятия: перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты, и афелий — наиболее удалённая точка орбиты. Таким образом, из второго закона Кеплера следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии.

Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее, поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя афелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.

Третий закон Кеплера. Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей орбит планет.

На рисунке 5 показано движение небесного тела по своей орбите согласно третьему закону Кеплера.

Рисунок 5 – движение небесного тела по третьему закону Кеплера

Доказывается третий закон по формуле (2):

где:

Т1 и Т2{\displaystyle T_{2}} — периоды обращения двух планет вокруг Солнца;

а1{\displaystyle a_{1}} и а2{\displaystyle a_{2}} — длины больших полуосей их орбит. Утверждение справедливо также для спутников.

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒