Kepler bolygómozgási törvényei

A bolygók nem tökéletes körökben mozognak — ellipsziseket (kinyújtott köröket) írnak le, a nap az egyik fókuszpontban ül, nem a középpontban. Ahogy a bolygó közelebb kerül a naphoz, felgyorsul, ahogy távolodik, lelassul, egyenlő idők alatt egyenlő területeket végigsöpörve. Minél messzebb van egy bolygó pályája, annál tovább tart az éve, mert a periódusidő négyzete a pálya méretének köbével nő.

A képlet

T² = k · a³

  • T — periódusidő (yr): az idő, amíg a bolygó egy teljes keringést megtesz
  • a — fél nagytengely (AU): a bolygó átlagos távolsága a naptól
  • k — arányossági állandó (yr²/AU³): egyenlő 1-gyel minden, a napunk körül ezen mértékegységekben keringő testnél

Megoldott példa

Egy bolygó 4 csillagászati egység fél nagytengelyen kering a nap körül. Hány évig tart egy teljes keringés?

  • a = 4 AU
  • k = 1 yr²/AU³
  1. T² = k · a³
  2. T² = 1 · 4³ = 64

T = 8 év

Teszteld magad

Egy másik bolygó 9 csillagászati egység fél nagytengelyen kering. Mekkora a keringési periódusa?
  • 9 év
  • 81 év
  • Helyes válasz: 27 év

Helyes! T² = a³ = 9³ = 729, és 729 gyöke 27 év.

Ellipszis pályája mentén hol mozog a bolygó a leggyorsabban?
  • Helyes válasz: Legközelebb a naphoz
  • Legtávolabb a naptól
  • A sebesség sosem változik

Helyes! Az egyenlő területek egyenlő idők alatt azt jelentik, hogy a bolygónak fel kell gyorsulnia, amikor legközelebb van a naphoz.

Hol találkozol vele

A Naprendszer minden bolygója, minden bolygó körüli hold és minden Föld körüli műhold ellipszist ír le, engedelmeskedve ennek a három törvénynek — ezeket a Mars szabad szemmel végzett megfigyeléseiből fedezték fel évtizedekkel azelőtt, hogy Newton megmagyarázta volna, miért éppen ilyen viselkedést eredményez a gravitáció. A nagyon elnyúlt ellipszisen mozgó üstökösök mutatják legdrámaibban a második törvényt, közelben a Nap körül száguldva és a legtávolabbi pontjuk közelében kúszva.

Gyakori hibák

Könnyű a bolygópályákat körnek elképzelni, a Nappal a középpontban — a valódi pályák ellipszisek, a Nappal az egyik fókuszpontban, nem a közepén, ezért változik valójában egy bolygó Naptól való távolsága az éve során. A diákok néha azt is feltételezik, hogy egy bolygó állandó sebességgel mozog — a második törvény az ellenkezőjét mondja: egy bolygó felgyorsul a Nap közelében és lelassul távol tőle, egyenlő idők alatt egyenlő területeket söpörve mindkét esetben.

Hogyan kapcsolódik

Kepler ezt a három mintát a Mars megfigyelt pozícióinak az adatokhoz illesztésével fedezte fel, évtizedekkel azelőtt, hogy Newton megmutatta, mindegyik egyetlen erőtörvényből következik: az általános tömegvonzás a centripetális mozgással kombinálva. A tömegvonzás és Kepler törvényei együtt zárják le a szabadeséssel kezdődő mechanikai sorozatot — ugyanaz a néhány gondolat (erő, gyorsulás, energia, impulzus), amely egy leejtett labdát írt le, egy egész naprendszert is leír.

Próbáld ki az interaktív szimulációt

Kapcsolódó fogalmak