Alig néhány napja vettünk egy pillantást a Mars, a Szaturnusz és a Regulus csodálatos együttállására, amely 2008. július 6-án következett be. Most, négy nappal később, minden helyzete drasztikusan megváltozott. Nézzük, hogyan történik az égen. Elfogadjuk, hogy ez természetes. Még azt is tudjuk, hogy ez égi mechanika! De pontosan milyen törvények szabályozzák ezeket a mozgalmakat, és hogyan értjük őket? Lássuk…
Egyszer volt, hol nem volt, egy nagyon klassz csávó nevű Johannes Kepler mindössze két nappal 1571 karácsonya után született. Mint legtöbbünknek, ő is elég kemény életet élt. Az apja meghalt, amikor ő 5 éves volt, de volt egy nagyszerű anyukája, aki nem csak pincérnő volt, hanem gyógynövényes is. Az egyik legjobb dolga, amit a fiáért tett, az volt, hogy kivitte őt megnézni az „1577-es nagy üstököst” és holdfogyatkozás 1580-ban. Bár később boszorkányság vádjával állították bíróság elé, a csillagászat iránti szeretete, amelyet fiában ihletett, meghatározta azt a módot, ahogyan ma a bolygómozgást értjük.
Annak ellenére, hogy a himlő megbénította Kepler látását és kezét, kitűnően tanulmányozta az asztrológiai értelemben vett bolygómozgást, és elfoglalta magát, hogy matematika tanár legyen. Szabadidejében is szeretett lencsékkel játszani… és leveleket írni a barátjának Galileo Galilei . Bár fennállt az állása elvesztésének és az egyházzal való bajba kerülésének kockázata, Kepler megvédte a napközpontú rendszer kopernikuszi elméletét, és kidolgozott néhány saját képletet. 24 évesen a Szaturnusz együttállásáról tartott egy órát Jupiter amikor rájött, hogy a szabályos sokszögek meghatározott arányban kötnek egy beírt és egy körülírt kört, ami – okoskodott – az univerzum geometriai alapja lehet. Szerencsére iskolája támogatta, és „Mysterium Cosmographicum” (A kozmográfiai rejtély) néven publikálta munkáját.
Szerencsére ez egy jó lépés volt, és sikerült Kepler részmunkaidős állás egy Tycho Brahe nevű csillagász kisegítésében. Röviden szólva ez volt a bevezetése a csillagászat valós világába, és sok hosszú év és rossz politikai idő akadályozta meg a dolgok előrehaladását. A korabeli csillagászok azonban a maguk módján tisztelték munkásságát, és tovább tesztelték Kepler elméleteit – egészen a jóslataiig, amikor Vénusz és Higany lenne tranzit a nap. Igen. Kepler halála után jóval később felismerték elképzeléseit, de ez a három elv kiállta az idő próbáját:
1. Minden bolygó pályája egy ellipszis, amelynek egyik gócában a Nap található.
2. Egy bolygót és a napot összekötő egyenes egyenlő időközönként egyenlő területeket söpör ki. (Tegyük fel, hogy egy bolygó egy nap alatt eljut A pontból B-be. A Naptól A-ig és B-ig tartó vonalak a bolygó pályájával együtt egy (nagyjából háromszög alakú) területet határoznak meg. Ugyanennyi terület fog kialakulni minden nap Függetlenül attól, hogy a bolygó hol helyezkedik el a pályáján. Ez azt jelenti, hogy a bolygó gyorsabban mozog, ha közelebb van a Naphoz.) Ennek az az oka, hogy a Nap gravitációja felgyorsítja a bolygót, amikor a Nap felé zuhan, és lelassítja a visszaút során , de Kepler nem tudta ezt az okot.
3. A bolygók keringési periódusának négyzete egyenesen arányos a pályák fél-nagytengelyének kockáival. Így nemcsak a pálya hossza növekszik a távolsággal, hanem a keringési sebesség is csökken, így a keringési periódus növekedése több mint arányos.
Tehát mi köze ezeknek a törvényeknek a tanulmányozásának ahhoz, amit látunk? Nézzünk egy három napos időközt…
A megfigyelhető távolság között Szaturnusz és Regulus nem sokat változott ugye? De a Mars mozgása óriási! Ha az égbolt engedi, végezzen saját éjszakai megfigyeléseket a bolygók mozgásáról, és tanulmányozza Kepler törvényét. Megnéztük, ahogy a Mars A pontból B-be utazik. Ha húznánk egy képzeletbeli vonalat a Naptól a bolygóig, akkor nagyjából háromszög alakú területet söpörne ki, és minden nap ugyanannyi területet söpörne át. Mint március elliptikus pályáján halad előre, a Naptól való távolsága változik. Mivel egyenlő területet söpörnek végig bármely időtartam alatt és a Marstól a távolságig Nap változó, akkor világosan láthatjuk, hogy ahhoz, hogy a változások állandóak maradjanak, a Mars sebességének is változnia kell! Igen. Ez a második törvény.
Kepler olyan büszke lenne…
Nagyon köszönöm AORAIA tag Shevill Mathers akinek elhivatottsága és fényképei segítették ezt a cikket!