Законы Кеплера
Зако́ны Ке́плера, эмпирические законы движения планет, выведенные в начале 17 в. И. Кеплером в соответствии с гелиоцентрической системой мира, предложенной Н. Коперником. Основой для законов Кеплера послужили многолетние и самые точные для своего времени астрономические наблюдения за движением планет, проведённые Т. Браге.
Первый закон Кеплера (т. н. закон эллипсов): орбитой каждой планеты Солнечной системы является эллипс, в одном из фокусов которого располагается Солнце.
Второй закон Кеплера (т. н. закон площадей): радиус-вектор планеты за равные промежутки времени заметает равные площади (рис.).
Третий закон Кеплера (т. н. гармонический закон): квадраты периодов обращения и двух планет относятся как кубы их средних расстояний от Солнца и
Первые два закона Кеплер опубликовал в книге «Новая астрономия» (1609), третий – в книге «Гармония Мира» (1619). С помощью открытых им законов Кеплер в 1627 г. составил «Рудольфовы таблицы» (названные в честь императора Рудольфа II Габсбурга) положений планет, которые оказались значительно точнее любых других таблиц, опиравшихся на геоцентрическую систему мира. Поэтому таблицы Кеплера в течение двух столетий использовались в практической астрономии.
Законы Кеплера справедливы на таких временны́х интервалах, на которых влияние масс планет пренебрежимо мало в сравнении с массой Солнца. Законы Кеплера сыграли определяющую роль в открытии И. Ньютоном закона всемирного тяготения. Ньютон обобщил законы Кеплера, получив их в качестве строгих следствий из общего решения задачи двух тел, в которой отсутствуют какие-либо ограничения на массы компонентов двойной системы.
Обобщённые законы Кеплера формулируются следующим образом.
Первый закон Кеплера: при невозмущённом движении материальной точки в поле тяготения центрального точечного или сферически-симметричного тела её орбитой является коническое сечение, в одном из фокусов которого расположен доминирующий центр притяжения.
Второй закон Кеплера: при невозмущённом движении площадь конического сечения, описываемая радиус-вектором движущейся материальной точки, изменяется прямо пропорционально времени, так что секторная скорость оказывается постоянной.
Третий закон Кеплера: при невозмущённом эллиптическом движении материальной точки в поле тяготения центрального тела произведение квадрата среднего движения (угловой скорости орбитального движения) на куб большой полуоси орбиты равно произведению гравитационной постоянной на суммарную массу двойной системы (состоящей из движущегося и центрального тела). Или в другой формулировке (эквивалентной предыдущей): при движении двух материальных точек (массами и ) вокруг центра притяжения (массой ) произведения квадратов периодов обращения на суммы масс центральной и движущейся точек относятся как кубы больших полуосей их эллиптических орбит:
Законы Кеплера используют при решении ряда астрономических задач, например при определении масс компонентов двойных звёзд.