1. 是適用的。
2. 開普勒第三定律是描述行星繞太陽運(yùn)動的定律,其中包括軌道是橢圓形的情況。
然而,當(dāng)軌道是圓形時(shí),橢圓的離心率為零,因此橢圓的長軸和短軸相等,即為圓形。
所以,開普勒第三定律同樣適用于軌道是圓形的天體的運(yùn)動。
3. 這意味著無論軌道是橢圓形還是圓形,行星繞太陽的周期與其平均距離的立方成正比。
這個(gè)定律的適用性擴(kuò)展了我們對天體運(yùn)動的理解,使我們能夠更好地研究和預(yù)測天體的運(yùn)動規(guī)律。
T=2π√(a^3/GM),a為橢圓長半軸。 最簡單的是用開普勒第三定律,先算圓周運(yùn)動的周期,再算橢圓運(yùn)動的周期。
開普勒第一定律:每一個(gè)行星都沿各自的橢圓軌道環(huán)繞太陽,太陽則處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)中。
開普勒第二定律:在相等時(shí)間內(nèi),太陽和運(yùn)動著的行星的連線所掃過的面積相等。
開普勒第三定律:各個(gè)行星繞太陽公轉(zhuǎn)的橢圓軌道的半長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·開普勒(1571-1630年),杰出的德國天文學(xué)家,發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動的三大定律,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,為哥白尼的日心說提供了最可靠的證據(jù)。同時(shí),他對光學(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。
開普勒認(rèn)真地研究了他的導(dǎo)師第谷多年來對行星進(jìn)行仔細(xì)觀察所做的大量記錄。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,開普勒認(rèn)為通過對第谷的記錄做仔細(xì)的數(shù)學(xué)分析,就可以確定哥白尼日心說、托勒密地心說和第谷提出的軌道學(xué)說,到底哪個(gè)是正確的。
當(dāng)時(shí)不論是地心說還是日心說,都認(rèn)為行星是作勻速圓周運(yùn)動的。但開普勒發(fā)現(xiàn),對火星的軌道來說,按照哥白尼、托勒密和第谷提供的三種不同方法,即便經(jīng)過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)際觀測不符,于是他放棄了火星作勻速圓周運(yùn)動的觀念,并試圖用別的幾何圖形來解釋。
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,開普勒認(rèn)識到了所存在的問題: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,開普勒得出了“開普勒第一定律(軌道定律)”:火星沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)行,太陽處于兩焦點(diǎn)之一的位置。”
發(fā)現(xiàn)行星沿橢圓軌道運(yùn)動,需有擺脫傳統(tǒng)觀念的智慧和毅力,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)動都是圓周運(yùn)動的成見。第谷的精確觀測加上開普勒的努力,終于將日心說向前推進(jìn)了一大步。
接著,開普勒又發(fā)現(xiàn)火星的運(yùn)行速度不是勻速的,當(dāng)它離太陽較近時(shí)運(yùn)動得較快(近日點(diǎn)),離太陽較遠(yuǎn)時(shí)運(yùn)動得較慢(遠(yuǎn)日點(diǎn))。但從任何一點(diǎn)開始,向徑(太陽中心到行星中心的連線)在相等的時(shí)間所掃過的面積都相等。這就是“開普勒第二定律(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》)一書中,該書還指出兩條定律同樣適用于其他行星和月球的運(yùn)動。
周期定律的發(fā)現(xiàn)更艱難,開普勒克服了工作環(huán)境的不利與長年的身心疲憊,經(jīng)過長期繁雜的計(jì)算和無數(shù)次失敗,最后創(chuàng)立了行星運(yùn)動的第三定律(周期定律):行星繞太陽公轉(zhuǎn)運(yùn)動的周期的平方,與它們橢圓軌道的半長軸的立方成正比。這一研究結(jié)果發(fā)表在1619年出版的《宇宙諧和論》書中。
開普勒自幼天資聰穎,學(xué)業(yè)成績優(yōu)異,還是個(gè)充滿幻想與激情的人。1600年,他出版了《夢游》一書,這是一部談?wù)撊祟惻c月球人交往的純幻想作品,書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年前的開普勒,是根據(jù)什么想象出這些高科技成果的。盡管開普勒的書是純幻想作品,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。