Почему планеты вращаются вокруг Солнца?
Сегодня нет ни малейших сомнений в том, что Земля вращается вокруг Солнца. Если еще не так давно, в масштабах истории Вселенной, люди были уверены, что центром нашей Галактики является Земля, то сегодня нет никаких сомнений, что все происходит с точностью до наоборот.
От Птолемея до Ньютона
Представления о том, как расположены планеты на небосводе первым в своем трактате «Великое математическое построение по астрономии», высказал древнегреческий астроном Птолемей. Он первым предположил, что они совершают свои движения по кругу. Но Птолемей ошибочно считал, что все планеты, а также Луна и Солнце движутся вокруг Земли. Долгое время его трактат считался общепринятым как в арабском, так и западном мире.
Точку в этом спорном для человечества факте поставил Николай Коперник. Польский астроном создал свою гелиоцентрическую систему, в которой убедительно доказал, что Земля не является центром Вселенной, а все планеты, по его твердому убеждению, вращаются по орбитам вокруг Солнца. Работа польского ученого «О вращении небесных сфер», была издана в немецком Нюрнберге в 1543 году.
После смерти Коперника его труды продолжил датчанин Тихо Браге. Астроном, являющийся весьма состоятельным человеком, оборудовал принадлежащий ему остров, внушительными бронзовыми кругами, на которые наносил результаты наблюдения за небесными телами. Результаты, полученные Браге, помогли в исследовании математику Иоганну Кеплеру,который вывел три своих знаменитых закона движения планет.
Англичанин Исаак Ньютон, открыв закон всемирного тяготения, существенно продвинул представления человечества об эллиптических орбитах небесных тел. Его объяснения, что приливы и отливы на Земле происходят под влиянием Луны, оказались убедительными для научного мира.
Почему планеты вращаются вокруг Солнца
Как Земля, так и все остальные планеты нашей солнечной системы движутся по своей траектории вокруг Солнца. Скорость их движения и траектория могут быть разными, однако все они держатся у нашего естественного светила.
Движение планет по орбите вокруг Солнца происходит под воздействием двоих сил:
- до центровой (сила тяготения Солнца);
- от центровой (силы инерции во время поступательного движения).
Срок, за который планеты совершают полный оборот вокруг Солнца, естественно различный. У Меркурия, самой ближней к звезде, он составляет 88 земных суток. Наша Земля проходит цикл за 365 дней и 6 часов. Самая крупная в Солнечной системе планета Юпитер завершает свой оборот за 11,9 земных лет. Ну а у Плутона, — наиболее удаленной от Солнца планеты оборот и вовсе составляет 247,7 года. +
Закон всемирного тяготения
Солнце является самым крупным объектом в нашей галактике. Масса нашего светила в разы превышает массу всех остальных тел в совокупности. А в физике, как известно, действует сила всемирного тяготения, которую никто не отменял, в том числе, и для Космоса.
Ее закон гласит, что тела с меньшей массой притягиваются к телам с большей массой. Именно поэтому все планеты, спутники и другие космические объекты и притягиваются к Солнцу, самому крупному из них.
Сила тяготения, к слову, аналогичным образом работает и на Земле.
Вспомните, что происходит с теннисным мячиком, брошенным в воздух. Он падает, притягиваясь к поверхности нашей планеты.
Понимая принцип стремления планет к Солнцу, возникает очевидный вопрос: почему они не падают на поверхность звезды, а движутся вокруг нее по собственной траектории. И этому также имеется вполне доступное объяснение.
Инерция
Согласно теории об образовании нашей звезды, около 4,57 млрд. лет назад в космосе возникло огромное количество пыли, которое постепенно превратилось в диск, а затем – в Солнце. Внешние частички этой пыли стали соединяться между собой, образуя планеты. Уже тогда они по инерции начали вращаться вокруг звезды и продолжают двигаться по той же траектории и сегодня.
Следует также учесть, что все планеты в нашей Солнечной системе движутся, не вокруг светила, а вокруг так называемого центра масс. Каждая при этом, вращаясь вокруг своей оси, слегка раскачиваются (подобно юле). К тому же и сама ось может ненамного смещаться.
Что же касается орбиты каждого из объектов, то траектория их движения зависит от скорости и массы. А эти показатели у всех объектов, как вы понимаете, разные. Вот почему Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца, и никак иначе.
Таким образом, инерционное движение отдалят планету от Солнца, но до центровая сила искривляет траекторию и удерживает планету на орбите. Все планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении, по тому же направлению и обращаются планеты вокруг своей оси (исключение Венера и Уран).
Практически каждая планета в период своего формирования подвергалась множеству ударов астероидов, в результате которых изменялась ее форма и радиус орбиты. Немаловажную роль играет также и тот факт близкого формирования группы планет и большого скопления космического мусора, в результате чего расстояние между ними минимальное, что, в свою очередь, приводит к нарушению гравитационного поля.
Движение планеты Земля вокруг Солнца и его значение
Земля как планета Солнечной системы по расчетам ученых сформировалась более 4,5 млрд лет назад. За это время расстояние от светила практически не изменялось. Скорость движения планеты и сила притяжения Солнца уравновесили ее орбиту. Она не идеально круглая, но стабильная.
Если бы сила притяжения светила была сильнее или скорость Земли заметно уменьшилась, то она бы упала на Солнце. В противном случае она рано или поздно улетела бы в космос, перестав быть частью системы.
Расстояние от Солнца до Земли делает возможным поддержание оптимальной температуры на ее поверхности.
Путь планеты вокруг светила называется орбитой. Траектория этого полета не идеально круглая. Она имеет эллипсность. Максимальная разница составляет 5 млн км.
Самая близкая точка орбиты к Солнцу находится на расстоянии 147 км. Она называется перигелием. Земля ее проходит в январе. В июле планета находится от светила на максимальном отдалении. Наибольшее расстояние — 152 млн км. Эта точка называется афелием.
Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца обеспечивает соответственно смену суточных режимов и годовых периодов.
Вращение Земли вокруг Солнца
Для человека движение планеты вокруг центра системы незаметно. Это из-за того, что масса Земли огромна. Тем не менее каждую секунду мы пролетаем в пространстве около 30 км. Это кажется нереальным, но таковы расчеты. В среднем считается, что Земля находится от Солнца на расстоянии около 150 млн км. Один полный оборот вокруг светила она делает за 365 дней.
Точное расстояние, которое наша планета проходит за год, двигаясь вокруг светила, составляет 942 млн км. Мы вместе с ней движемся в пространстве по эллиптической орбите со скоростью 107 000 км/час. Направление вращения — с запада на восток, то есть против условной часовой стрелки.
Таким образом, наша планета находится в постоянном движении. Вместе с Солнцем она перемещается в космосе вокруг центра Галактики. А та, в свою очередь, движется во Вселенной. Но наибольшее значение для всего живого играет вращение Земли вокруг Солнца и собственной оси. Без этого движения условия на планете были бы непригодными для поддержания жизни.
Видео
Источник
Кто открыл законы движения планет?
«Законы Кеплера» – это словосочетание знакомо всем, кто увлекается астрономией. Кто же этот человек? Связь и взаимозависимость какой объективной действительности он описал? Астроном, математик, богослов, философ, умнейший человек своего времени Иоганн Кеплер (1571-1630) открыл законы движения планет солнечной системы.
Начало пути
Иоганн Кеплер, уроженец города Вайль дер Штадт (Германия), пришел в этот мир в декабре 1571 года. Слабенький, с плохим зрением ребенок преодолел все, чтобы победить в этой жизни. Учеба мальчика началась в Леонберге, куда переселилась семья. Позже он перешел в заведение повышенного типа – латинскую школу, чтобы изучить основы языка, который намеревался использовать в будущих публикациях.
В 1589 году окончил школу при монастыре Маульбронн в местечке Adelburg. В 1591 году поступил в университет в Тюбингене. Эффективная образовательная система была создана герцогами на волне введения лютеранства. С помощью грантов и стипендий для бедных власти пытались обеспечить университеты абитуриентами, из которых можно было воспитать хорошо образованных священнослужителей, способных защищать новую веру во времена бушующих религиозных споров.
В период пребывания в учебном заведении Кеплер попал под влияние профессора астрономии Михаэля Мёстлина. Последний тайно разделял взгляды Коперника касательно идеи гелиоцентрической (Солнце в центре) Вселенной, хотя обучал студентов «по Птолемею» (Земля в центре). Глубокое знание идей польского ученого вызвало у Кеплера большой интерес к астрономии. Так у теории Коперника появился еще один сторонник, стремившийся лично постичь законы движения планет вокруг Солнца.
Солнечная система – произведение искусства
Как ни странно, тот, кто впоследствии открыл законы движения планет, не относил себя к астрономам по призванию. На протяжении всей жизни Кеплер считал, что Солнечная система – произведение искусства, переполненное мистическими явлениями, мечтал стать священником. Свой интерес к теории Коперника астроном объяснял тем, что прежде чем делать выводы из собственных исследований, он должен изучить разные мнения.
Тем не менее преподаватели университета говорили о Кеплере, как о студенте, обладающем превосходным умом. В 1591 году, получив степень магистра, ученый продолжил свои исследования в области теологии. Когда они были близки к завершению, стало известно, что в лютеранской школе в Граце умер профессор математики. Тюбингенский университет рекомендовал взять на эту должность талантливого во всех отношениях выпускника. Так что же, прощайте законы движения планет?
Во имя Бога
22-летний Иоганн неохотно отказался от своего первоначального призвания быть священником, но все-таки приступил к обязанностям преподавателя математики в Граце. Во время чтения лекций в своем классе начинающий учитель изображал на доске некие геометрические фигуры с участием концентрических кругов и треугольников. И вдруг его озарила мысль, что подобные фигуры отображают определенное фиксированное соотношение между размерами двух окружностей, при условии, что треугольник равносторонний. А какое соотношение размеров на площади между двумя кругами? Мыслительный процесс набирал обороты.
Через год необычный богослов опубликовал свою первую работу «Тайна мироздания»(1596). В ней он изложил свои творческие взгляды на секреты Вселенной, подкрепленные религиозными убеждениями.
Тот, кто открыл законы движения планет, сделал это во имя Бога. Раскрывая математический план Вселенной, исследователь пришел к выводу: шесть планет заключены в сферы, между которыми вписываются пять правильных многогранников. Конечно, версия основывалась на том «факте», что существует только 6 небесных тел. Вокруг орбиты Земли Кеплер очертил идеальный додекаэдр и сферу, касающуюся орбиты Марса.
Совершенные многогранники
Вокруг области Марса ученый изобразил тетраэдр и сферу, сопредельную орбите Юпитера. В икосаэдр в орбитальной сфере Земли отлично «вписалась» сфера Венеры. С использованием оставшихся видов совершенных многогранников это же было проделано с остальными. Поразительно, но соотношения соседних планетарных орбит, представленные в гнездовой модели сфер Кеплера, совпало с расчетами Коперника.
Открывая законы движения планет, священник с математическим умом опирался в первую очередь на божественное вдохновение. У него не было никакой реальной основы для аргументов. Значение трактата «Тайны мироздания» заключается в том, что это был первый решительный шаг на пути признания гелиоцентрической системы мира, изложенной Коперником.
Предположения против высокой точности
В сентябре 1598 года протестанты в Граце, в том числе Кеплер, были вытеснены из города католическими правителями. Хотя Иоганну разрешили вернуться, положение оставалось очень напряженным. В поисках поддержки он обратился к Тихо Браге – математику и астроному при дворе императора Рудольфа II. Ученый был известен своей впечатляющей коллекцией планетарных наблюдений.
Он знал о труде «Тайна мироздания». Но когда в 1600 году его создатель прибыл в обсерваторию Тихо, расположенную за пределами города Праги, Браге, занимавшийся высокоточными (по тем временам) исследованиями, приветствовал его как автора конкретной работы, но не как своего коллегу. Противостояние между ними продолжалось до самой смерти датского астролога, которая произошла через год. После ухода соперника в мир иной Кеплеру доверили охранять сокровищницу его наблюдений. Они очень помогли исследователю стать тем, кто открыл законы движения планет вокруг Солнца.
Путь Марса
Последние исследования Браге по созданию таблицы движения планет не были завершены. Все надежды возлагались на преемника. Он был назначен имперским математиком. Несмотря на напряженные отношения с почившим коллегой, Кеплер был волен преследовать свои собственные интересы в астрономии. Он решил продолжить его наблюдения Марса и описать собственное видение орбиты этой планеты.
Иоганн был уверен: открыв сложный марсианский путь, можно раскрыть пути движения всех других «странников Вселенной». Вопреки распространенному мнению, он не просто использовал наблюдения Браге, чтобы выбрать геометрическую фигуру, которая соответствует описанию. Вчерашний теолог направил усилия на открытие физической теории движения «сестриц, живущих в безвоздушном пространстве», из которого можно вывести их орбиты. После титанической исследовательской работы появились три закона движения планет.
Первый закон
I. Орбиты планет представляют собой эллипсы с Солнцем в одном из фокусов.
Закон движения планет в солнечной системе установил, что планеты движутся по эллипсу. Он появился после восьми лет расчетов с использованием базы, составленной Тихо Браге на основании наблюдений планетарного движения Звезды Марс. Свой труд Иоганн назвал «Новая астрономия».
Итак, согласно первому Закону Кеплера, любой эллипс имеет две геометрические точки, называемые фокусами (фокус в единственном числе). Общее расстояние от планеты к каждому из очагов суммируется всегда одинаково, независимо от того, где планета находится на пути своего движения. Важность открытия в том, что предположение, что орбиты не являются идеальными кругами (как в геоцентрической теории) приблизило людей к более точному и четкому пониманию картины мира.
Второй закон
II. Линия, соединяющая планету с Солнцем (радиус-вектор) преодолевает равновеликие площади в равные промежутки времени, в то время когда планета движется вокруг эллипса.
То есть в любой промежуток времени, к примеру, через 30 дней, планета преодолевает ту же площадь, независимо от того, какой период вы выбираете. Она движется быстрее во время приближения к Солнцу и медленнее при удалении, но идет с постоянно меняющейся скоростью, когда движется вокруг своей орбиты. Самое «шустрое» движение наблюдается в перигелии (ближайшая к Солнцу точка) и самое «степенное» –в афелии (самая удаленная от Солнца точка). Так рассудил тот, кто открыл законы движения планет.
Третий закон
III. Квадрат общего периода времени обращения по орбите (Т) пропорционален кубу среднего расстояния от планеты до Солнца (R).
Этот принцип иногда называют законом гармонии. Он сравнивает орбитальный период времени и радиус орбиты планет. Суть открытия Кеплера заключена в следующем: отношение квадратов периодов движения и кубов средних расстояний от Солнца является одинаковым для каждой планеты.
Повторим, законы движения планет Кеплера были основаны на продолжительных серьезных наблюдениях и математически обработаны. Отображая закономерности, они не выявляли обусловленности явлений. Позже знаменитый первооткрыватель закона Всемирного тяготения Ньютон доказал, что отгадка крылась в физическом свойстве тел притягиваться друг к другу.
Тень моего тела здесь
Несмотря на свой успех, Кеплер постоянно страдал от финансовых неприятностей, нехватки времени на исследования, переездов в поисках мест, где терпимо относятся к его религиозным убеждениям. Несколько раз он пытался получить должность преподавателя в Тюбингене, но был воспринят как изменник, протестант и получил отказ.
Иоганн Кеплер умер 15 ноября 1630 года от приступа острой лихорадки. Похоронен на протестантском кладбище. В эпитафии его законный сын написал: «Я использовал для измерения небеса. Теперь я должен измерять тени Земли. Несмотря на то что душа моя на небе, тень моего тела лежит здесь».
Да, изначально в духе средневековых понятий ученый считал, что планеты двигаются потому, что у них есть души, это живая магия, а не просто комочки материи. Позже он понял, что научный подход более оправдан. Что же, священник и астроном, открывший законы движения планет, честно прошел путь прозрения. Но признаемся сами себе: иногда кажется, что в насквозь научной Вселенной так много мистики!
Источник