[科普中国]-为什么把开普勒称为“天空立法者”

约翰·开普勒（1571—1630）德国天文学家。青年时代即显示出卓越的理论思维才能，深受天文学家第谷的欣赏。1600年他访问第谷，次年第谷逝世。开普勒通过分析第谷的观测资料总结出了行星运动三定律，发展了哥白尼的日心说。他在天文学上的贡献还有：观测并研究了1604年出现的超新星，改进了折射望远镜，用第谷的观测资料编制星表，预报了水星和金星的凌日等。

开普勒分析了丹麦天文学家第谷毕生积累的天文观测资料，总结出关于行星运动的三个定律，世称开普勒行星运动三定律。它们分别是：

（1）行星环绕太阳运行的轨道是椭圆，太阳在这椭圆的一个焦点上。

（2）连接太阳和行星的向径，在相等的时间间隔内扫过相等的面积。

（3）行星绕太阳运行的轨道周期的平方与它们轨道半长径的立方成正比。

太阳在椭圆轨道的一个焦点上。行星在轨道上运动时与太阳的距离不是恒定的。在PP[沈岩1] 点离太阳最近，称为近日点。在AA点离太阳最远，称为远日点。因为引力与距离的平方成反比，所以，行星在近日点受到的太阳引力最强，运动的速度也最快。行星在远日点受到的太阳引力最弱，运动的速度也最慢。

地球在近日点时，离太阳14 710万千米，速度是30.27千米/秒，远日点的距离为15 210万千米，速度是29.28千米/秒。这样，在相等的时间间隔tt内，行星在近日点附近走的弧线abab，比远日点走的弧线cdcd长，而面积SabSab和ScdScd则相等。这就是开普勒第二定律的内容。

太阳系中的行星，离太阳越远的，公转周期就越长。例如，木星到太阳的距离是日地距离的5倍多，而公转周期是地球的12倍。开普勒第三定律把各个行星的公转周期与它们的轨道半长径联系起来了。如果一个行星的轨道半长径为a1a1，公转周期为P1P1；第二个行星的轨道半长径为a2a2，公转周期为P2P2，它们必定满足下面的关系：

P22P21=a32a31。P22P12=a23a13。

开普勒行星运动定律的发现具有极其深远的意义。首先，发展了哥白尼日心体系。原来，哥白尼受天体只能做匀速圆周运动的陈旧观念的束缚，为使日心体系的计算结果能与实际的天象相吻合，他仍然因袭了均轮、本轮甚至本轮套本轮的旧例，以至于他的日心体系仍然要引进30多个大大小小的圆圈。开普勒以他的创新性思维和过人胆识，摒弃了2000年来陈陈相因的均轮和本轮观念，以椭圆轨道描绘行星的运动，使太阳系的图像变得十分简洁明了。这为太阳系的研究奠定了坚实的基础。其次，行星运动三定律为万有引力定律的发现准备了条件。牛顿正是从这些定律推导出了万有引力定律。正是由于这一辉煌成就，开普勒被誉为“天空立法者”。（萧耐园）