德國開普勒提出行星運動三定律

德國天文學家開普勒

開普勒定律是德國天文學家開普勒提出的關于行星運動的三大定律。第一和第二定律發表于1609年，是開普勒從天文學家第谷觀測火星位置所得資料中總結出來的；第三定律發表于1619年。這三大定律又分别稱為橢圓定律、面積定律和調和定律。

①橢圓定律:所有行星繞太陽的軌道都是橢圓，太陽在橢圓的一個焦點上。

②面積定律:行星和太陽的連線在相等的時間間隔内掃過相等的面積。

③調和定律:所有行星繞太陽一周的恒星時間(周期T)的平方與它們軌道長半軸（a）的立方成比例，即:

開普勒（1571-1630），德國天文學家。開普勒于1571年12月27日出生在一個德國小市民家庭。他一來到人世間就遭到了許多不幸，天花使他成了麻子，猩紅熱弄壞了他的雙眼。

17歲那年，開普勒進入了連蒂賓根大學學習，攻讀神學，1591年他獲得了神學碩士學位。但因父親負債累累，使他不得不中途退學。由于他體弱多病，他的父母認為他隻适合做一名牧師，因為這個職業輕松一些。可是開普勒的數學才華非常出衆，當他了解到一些有關自然科學的理論之後，就把當牧師的想法抛得一幹二淨，終于在奧地利的一所大學裡教了自然科學。

1600年，30歲的開普勒貿然給素不相識的丹麥天文學家第谷寫信。他把自己研究天文學的成果和想法告訴了第谷。第谷看後，對開普勒的才華驚歎不已，立即寫信邀請他來當自己的助手。但是開普勒來到第谷的身邊僅10個月，老人便去世了。開普勒繼承了這位老人留下的非常寶貴的資料，其中包括老人對火星運動的觀測。

約翰·開普勒接替了第谷的工作，開始編制魯道夫星表。但開普勒的興趣和注意力卻更多地放在改進和完善哥白尼的日心說上，在探讨行星軌道性質的研究上。他發現第谷的觀測數據，與哥白尼體系、托勒密體系都不符合。他決心尋找這種不一緻的原因和行星運行的真實軌道。

最初的研究從觀測與理論差異突出的火星着手。他運用傳統的勻速圓周運動加偏心圓來計算，均遭到失敗。經過長達4年近70次各種行星軌道形狀設計方案的計算，開普勒認識到哥白尼體系的勻速圓周運動和偏心圓的軌道模式與火星的實際運動軌道不符。于是他大膽地抛棄了統治人類思想達2000年之久的“勻速圓周運動”偏見，嘗試用别的幾何曲線來表示火星軌道的形狀。他認為行星運動軌道的焦點應該在産生引力中心的太陽上，并進而斷定火星運動的線速度不是勻速的，近太陽時快些，遠太陽時慢些,并得出結論：太陽至火星的半徑在一天内掃過的面積是相等的。開普勒把這結論推廣到其他行星上，結果也是與觀測數據相符。

就這樣，他首先得到了行星運行的等面積定律。随後他發現火星運行的軌道不是正圓，而是焦點位于太陽上的橢圓，他把這結論應用于其他行星也是适用的。于是他又得到了行星運行的橢圓軌道定律。這兩條定律發表在他1609年出版的《新天文學》一書上。但他對自己取得的成就還不滿足。他渴望找到一種能适合所有行星的總體模式，把各行星聯系在一起。他堅信存在着一個把全體行星完整地聯系在一起的簡單法則。

在這個信念鼓舞下，開普勒忍受着個人在家庭方面遭受的巨大不幸，在很少有人了解和支持的困難條件下，經過九年的反複計算和假設，終于在1618年找到在大量觀測數據後面隐匿的數的和諧性：行星公轉周期的平方與它們到太陽的平均距離的立方成正比。這就是周期定律。為牛頓發現萬有引力定律打下了基礎。

在第谷的工作基礎上，開普勒經過大量的計算，編制成《魯道夫星表》，表中列出了1005顆恒星的位置。這個星表比其他星表要精确得多，因此直到十八世紀中葉，《魯道夫星表》仍然被天文學家和航海家們視為珍寶，它的形式幾乎沒有改變地保留到今天。

開普勒主要著作有《宇宙的神秘》、《光學》、《宇宙和諧論》、《哥白尼天文學概要》、《彗星論》和《稀奇的1631年天象》等。其中，在《宇宙和諧論》中，開普勒找到了最簡單的世界體系，隻需7個橢圓就可以描述天體運動的體系了；在《彗星論》中，他指出彗星的尾巴總是背着太陽，是因為太陽排斥彗頭的物質造成的，這是距今半個世紀以前對輻射壓力存在的正确預言；此外，開普勒還發現了大氣折射的近似定律。為了紀念開普勒的功績，國際天文學聯合會決定将1134号小行星命名為開普勒小行星。

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