3 Định luật Kepler

Johannes Kepler

Johannes Kepler (27 tháng 12, 1571 – 15 tháng 11, 1630), một gương mặt quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học, là một nhà toán học, nhà chiêm tinh học, nhà thiên văn học, và là một nhà văn ở buổi đầu của những truyện khoa học viễn tưởng người Đức. Ông nổi tiếng nhất về định luật về chuyển động thiên thể, dựa trên những công trình của ông Astronomia nova, Harmonice Mundi và cuốn sách giáo khoa Tóm tắt thiên văn học Copernicus.
Xuyên suốt cuộc đời nghề nghiệp của mình, Kepler là một giáo viên toán ở trường dòng Graz (sau này là trường đại học Graz), là người trợ lý cho Tycho Brahe, là nhà toán học ở triều đình Hoàng đế Rudolf II, giáo viên toán ở Linz, và là nhà thiên văn học của Tướng Wallenstein. Ông cũng thực hiện một công việc mang tính nền tảng về thị giác và giúp đưa vào thực hiện những phát hiện kính thiên văn của người cùng thời với ông là Galileo Galilei.
Thỉnh thoảng ông cũng được coi là "nhà vật lý học thiên thể lý thuyết đầu tiên", mặc dù Carl Sagan cũng coi ông là nhà chiêm tinh học khoa học cuối cùng.


Định luật của Kepler




Tổng quan 3 định luật của Kepler





Kepler được thừa kế từ Tycho Brahe một gia sản những dữ liệu thô chính xác nhất từng thu thập được về vị trí của các hành tinh. Điều khó khăn là phải phán đoán được từ đó.
Các chuyển động quỹ đạo của các hành tinh khác được quan sát từ điểm
lợi thế của Trái đất, chính nó cũng đang quay quanh Mặt trời. Như được
chỉ ra trong ví dụ bên dưới đây, điều này có thể gây nên việc các hành
tinh có vẻ di chuyển theo những đường kỳ lạ. Kepler tập trung vào việc
tìm hiểu quỹ đạo của Sao hoả,
nhưng đầu tiên ông phải biết chính xác quỹ đạo của Trái đất. Để làm
được điều này, ông cần một vạch ranh giới quan sát. Với một linh cảm
thiên tài, ông đã sử dụng Sao hỏa và Mặt trời làm đường ranh giới, vì
không biết quỹ đạo thực của Sao hoả, ông biết rằng nó sẽ ở cùng
một chỗ trong quỹ đạo của nó ở những khoảng cách riêng biệt theo những
giai đoạn quỹ đạo của nó. Vì vậy các vị trí quỹ đạo của Trái đất có thể
được tính toán, và từ đó lại tính toán ra quỹ đạo Sao hoả. Ông đã có
thể suy luận ra các định luật thiên thể của mình mà không cần biết
khoảng cách chính xác của các hành tinh từ Mặt trời, bởi vì phân tích
hình học của ông chỉ cần có các tỷ lệ khoảng cách tới Mặt trời của chúng.
Không như Brahe, Kepler giả thiết hệ thống nhật tâm với Mặt trời ở
trung tâm. Từ cái khung đó, Kepler đã mất hai mươi năm làm việc chăm
chỉ để thử và sửa chữa các nỗ lực nhằm tạo ra dữ liệu đúng. Cuối cùng
ông đã đạt tới Ba định luật về chuyển động thiên thể:

Với các hành tinh trong hệ mặt trời ta luôn có:
Trong đó
- T là thời gian cần thiết để một hành tinh quay một vòng quanh Mặt trời, được gọi là chu kỳ của nó.
- a là bán trục lớn quĩ đạo elíp của hành tinh. Sử dụng các định luật
này, ông là nhà thiên văn học đầu tiên thành công trong việc dự đoán sự vận động của Sao Kim (trong năm 1631).
Các định luật của Kepler là minh chứng đầu tiên rõ ràng cho kiểu nhật
tâm của hệ mặt trời, bởi vì chúng đã trở nên rất đơn giản khi đưa Mặt
trời vào tâm. Tuy nhiên, Kepler không bao giờ khám phá ra những lý lẽ
sâu sắc hơn của định luật, dù nhiều năm trong cuộc đời của ông có thể
coi là dành cho việc nghiên cứu những bí ẩn không thuộc về khoa học. Isaac Newton cuối cùng đã cho thấy rằng các định luật là một hệ của những định luật chuyển động và luật hấp dẫn vũ trụ
của ông. (Với ưu thế thời hiện đại, định luật về vận tốc diện tích đồng
đều có thể hiểu đơn giản hơn khi sử dụng định luật bảo toàn mômen động lượng, còn gọi là động lượng góc.
Lần đầu tiên Kepler khám phá ra định luật thứ ba của ông về chuyển động thiên thể vào ngày 8 tháng 3, 1618 nhưng ông đã từ bỏ ý tưởng này cho tới 15 tháng 5, 1618, khi ông kiểm tra lại kết quả của mình. Kết quả này đã được công bố trong cuốn Harmonices Mundi (1619) của ông.