Kepler đã nêu ra ba định luật về sự vận động của hành tinh như thế nào?

Kepler đã nêu ra ba định luật về sự vận động của hành tinh như thế nào?

Trong quĩ đạo này, Mặt Trời không nằm ở tâm mà lệch sang một bên, nằm ở tiêu điểm của hình e líp. Các hành tinh nằm trên quĩ đạo khi cách Mặt Trời gần nhất, chúng sẽ tăng tốc độ, còn khi ở xa Mặt Trời thì tốc độ của chúng là chậm nhất. Mặc dù các hành tinh luôn hướng về Mặt Trời nhưng chỉ có chuyển động như vậy chúng mới không bị rơi vào Mặt Trời. Định luật thứ nhất về sự chuyển động của các hành tinh mà Kepler nêu ra rất đơn giản: Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elip mà Mặt Trời nằm ở một trong hai tiêu điểm của elip quỹ đạo. Khi hành tinh vận động trên quĩ đạo, trong những khoảng thời gian bằng nhau thì đường tưởng tượng tới các hành tinh giống như một hình quạt khi hành tinh cách xa Mặt Trời thì mặt quạt dài và hẹp, khi hành tinh ở gần Mặt Trời thì hình quạt ngắn và rộng dù hình dạng của quạt là khác nhau. Kepler còn phát hiện diện tích của chúng là giống nhau, như vậy tốc độ của hành tinh biến đổi theo cự li so với Mặt Trời có thể diễn giải chính xác bằng các con số. Và ông đã đưa ra định luật thứ hai: Đoạn thẳng nối từ Mặt Trời đến hành tinh quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau.

Định lí này xem ra có vẻ như hơi lạc đề và khá trừu tượng. Các hành tinh chuyển động theo hình elip, trong những thời gian bằng nhau sẽ quét lên những diện tích bằng nhau để làm gì? Vận động theo hình e líp không dễ dàng nắm bắt như vận động theo hình tròn, do đó có người cảm thấy định lí này chẳng qua là sự bổ sung về mặt toán học mà thôi. Thật ra Trái Đất của chúng ta cũng đang tuân theo định luật này biến mỗi người đứng trên Trái Đất đều chịu tác động của trọng lực và đồng thời cũng đang rong ruổi trong không gian vận động theo sự sắp xếp của các quy luật tự nhiên. Khi chúng ta phóng các phi thuyền lên các hành tinh hoặc khi chúng ta quan sát các hệ hành tinh khác chúng ta sẽ thấy sự có mặt của các định lu Kepler đã nêu ra, định luật này đúng với tất cả các thiên thể trong toàn vũ trụ.

Nhiều năm sau Kepler lại đưa ra định luật thứ ba và cũng là định luật cuối cùng về sự vận động của các hành tinh. Định luật này liên hệ các vận động của hành tinh lại với nhau thể hiện được tình hình vận động phức tạp của hệ Mặt Trời. Ông phát hiện ra giữa độ lớn quĩ đạo của các hành tinh với tốc độ trung bình mà nó vận động quanh Mặt Trời tồn tại một quản hệ số học, sự vận động của hành tinh nhất định do một lực nào đó của Mặt Trời mang lại. Lực này tác động mạnh lên hành tinh vận động nhanh ở gần Mặt Trời và lực này tác động yếu hơn lên các hành tinh vận động chậm hơn ở xa Mặt Trời. Và lực này chính là lực vạn vật hấp dẫn mà Niu Tơn đã phát hiện ra sau này.

Định luật ba của Kepler được phát biểu: Bình phương chu kì chuyển động hành tinh tỷ lệ với luỹ thừa bậc 3 của nửa trục lớn quỹ đạo. Do đó các hành tinh càng ở xa Mặt Trời thì sự vận động càng chậm và giảm tốc theo các định luật số học nghiêm ngặt. Kepler là người đầu tiên chỉ rõ các hành tinh vận động như thế nào và cũng là tiên phong đầu tiên lí giải sự vận động có lí của hệ Mặt Trời.

Tác phẩm, tác giả, nguồn

  • Tác phẩm: Thăm dò vũ trụ
  • Biên dịch: Tuấn Minh
  • Nhà xuất bản Lao Động 2007
  • Thực hiện ebook: thuvien-ebook.com