36行星运动定律

奇迹概览

行星运动定律一共包含三大定律，它是建立在日心说（以太阳为宇宙中心）的观点上提出的，它说明了所有行星的运行轨道都是椭圆的，并且太阳是这些椭圆的焦点，并且总结出这些行星的运行规律。这些观点的提出彻底摧毁了地心说（以地球为宇宙中心）观点，完善并简化了日心学说理论，使人类对行星运动有了一个更明晰的认识。

⊙奇迹探秘：

1谁是发现行星运行规律的第一人呢？

约翰内斯·开普勒（15711630），德国天文学家、数学家，他是第一个发现行星运行规律的人。

1571年，开普勒出生于德国威尔德斯达特镇的一个贫民家庭。1587年，开普勒在蒂宾根读书，因为受到蒂宾根大学天文学教授迈克尔·马斯特林的影响而信奉哥白尼日心说的学说。大学毕业后，开普勒被聘到格拉茨的新教神学院担任教师。1596年，开普勒在宇宙论方面的著作《宇宙的奥秘》出版。1600年，他离开神学院前往布拉格，与丹麦天文学家第谷·布拉赫一起从事天文观测。1601年，第谷逝世，死前把自己所有的天文观测资料赠给开普勒。

1609年，开普勒发表了关于行星运动的两条定律。1618年，他发现了第三条定律。这三条定律就是后来被称为“开普勒定律”的行星三大定律，它说明了行星围绕太阳转的理论。

2在太阳系内，有哪些行星呢？

行星通常是指自身不发光，环绕着恒星的天体，它的公转方向与所环绕恒星的自转方向相同。在太阳系内，太阳是中心，目前发现它周围一共有八颗行星，它们分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

走近奇迹

在科学发展史上，人们关于地球、太阳以及行星运动问题上，形成了很多说法，其中以地心说和日心说两种说法为主，并一直延续了很长时间。

古希腊的伟大学者亚里士多德曾提出地球是宇宙中心的观点，他认为地球是不动的宇宙中心。后来，古希腊天文学家托勒玫继承了亚里士多德的地心说观点，并将它加以发展和完善。

与亚里士多德同一时期的古希腊天文学家阿里斯塔克，被恩格斯成为“古代的哥白尼”，他认为太阳是宇宙中最大的一个天体，那么宇宙的中心只能是太阳。但他的学说只是一种猜测，并没有得到进一步的证实。后来，随着科学的不断发展，波兰天文学家哥白尼通过30年艰苦观测，收集了大量丰富、可靠的观测资料，他认定地球是普通行星中的一员，就这样他创建了以太阳为中心的宇宙结构体系理论。

哥白尼的日心说的确立，为理解行星的运动开辟了一条新的途径，也对后来科学家们研究行星的运动规律提供了重要的理论知识基础。

从1576年起，丹麦天文学家第谷·布拉赫通过对行星在星系方位的观察和计算。他精确测定出地球上所看到的星体的视位置，并由此绘出一幅星体确切位置的天体图来。他还亲自设计与制造了当时属于世界第一流的观测仪器。他增加了仪器的尺寸，并把仪器加固在墙上，增加仪器的稳定性，为此，他还规定了各种仪器的误差范围。最后，他用20年观测了很多天文现象，并将它记录下来。在去世后，他将自己一生积累的观测资料留给了开普勒。而这些宝贵的资料为后来开普勒研究行星运动规律提供了宝贵的数据。

在初期整理第谷·布拉赫的观测资料时，开普勒发现，无论是托勒玫的地心说，还是他信奉的哥白尼的日心说，以及第谷·布拉赫提出的混合体系，都不能同第谷·布拉赫的行星观测资料十分吻合。他曾亲眼看过第谷·布拉赫的工作，深信第谷·布拉赫观测的可靠性与准确性，因此他发现问题一定是发生在体系方面。于是，他决心查明原因，揭开行星运动之谜。

开普勒的研究始于以火星为参考点，通过对火星和太阳的观测，他用三角定点法，确定了地球运行轨道的形状。随后，他以火星研究为突破口，先后以火星的运行轨道是正圆形和偏心圆形为假设条件，大约进行了70多次的试探后，他算出了确切的数据。但是这个数据与第谷老师留下的数据偏差角度是8分，他深知老师工作的一丝不苟和对数据的精确性。凭借执着的精神，最后，开普勒另辟蹊径，放弃了对火星运行轨道的假设。

随着深入的研究和大胆的数学假设，最终，开普勒发现了行星运行轨道及运行速度的规律，这就是有名的开普勒第一定律和第二定律。1609年，这两条定律发表在《新天文学》一书中。

继开普勒第一定律和第二定律后，开普勒并没有被初步的胜利冲昏了头脑，他继而揭示出各行星的各行星运动之间的联系，即每颗行星纵然已有即每颗行星纵然已有各自的椭圆轨道和速率，无论同一个轨道，还是不同的轨道，行星距太阳越近，运转得就越快。最后他研究出了行星运行速度或运行周期同行星到太阳的距离之间的关系，这就是有名的开普勒第三定律。在1619年，开普勒第三定律向世人公布。

在天文学与物理学上，开普勒的定律推翻了地心说的说法。他主张地球是不断移动的，并且轨道不是正圆形的，而是椭圆形的，行星公转的速度不等恒。这些观点，引发了天文学的变革，并导致了数十年后万有引力定律的诞生。

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3行星运动定律一共包含三条定律，它们分别是什么呢？

行星运动定律，又名开普勒定律，它是在哥白尼日心说理论上提出的，一共包含三条定律。

开普勒第一定律，即轨道定律，所有行星都沿椭圆轨道运行，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。

开普勒第二定律，即面积定律，在相等的时间内，太阳和行星的连线所扫过的面积都是相等的。即：sab＝scd＝sek。

开普勒第三定律，即调和定律，任何两行星绕太阳运行的周期的平方，同它们离太阳的平均距离（或其轨道长半径）的立方成正比。即：a32＝k，这里a是行星公转轨道半长轴，是行星公转周期，k是常数。

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【行星运行定律的意义】

开普勒第一定律否定了传统的行星圆形轨道论，证明行星的运行轨道是椭圆形的，进一步完善了哥白尼的日心理论。开普勒第二定律否定了传统的匀速运动、准确地描述了行星围绕太阳运动的规律。开普勒第三定律找到了行星运行周期与太阳之间的距离的关系，并形象地用公式呈现出来。

知识百科

【第谷·布拉赫】

第谷·布拉赫（15461601），丹麦天文学家和占星学家，他被誉为“星子之王”。第谷对天文学的贡献是不可磨灭的，他所做的观测精度之高，是他同时代的人望尘莫及的。第谷编制出的一部恒星表相当准确，至今仍然有很高的使用价值。可以说，第谷是近代天文学的奠基人之一。

37万有引力定律

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万有引力定律的发现，是17世纪自然科学最为伟大的成果之一。地面上物体运动的规律和天体运动的规律，由于有了万有引力定律而被统一起来，它对以后天文学和物理学的发展有着极其深远的影响。由于有了万有引力定律，自然界中的这种基本相互作用的规律第一次被明确地解释出来。万有引力定律是人类认识自然的历史上的一座里程碑。

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1引力在我们的生活中无处不在，可以说我们离不开引力，那么，引力是什么？为什么会有引力呢？

引力就是所有物质之间存在的相互吸引的力。因为它存在于所有物质之间，因此我们又称之为“万有引力”。

科学研究表明，任何两个物体之间都会有引力。如果没有引力，物质之间就不会相互吸引，那么像星星那么大的天体就不可能形成，我们的地球也一样不可能存在，更大的银河系当然也不例外。

当代著名科学家斯蒂芬·威廉·霍金在他的《时间简史》一书中告诉我们，引力可以看作是这样的：放在平坦床面上的很重的铅球，可以使床面凹陷下去，而在铅球周围的一些比较轻的小球，则会由于床面的凹陷滚到铅球的旁边，这个现象就可以看作是引力。而在现实生活中，时空的弯曲就好比是床面的凹陷，它是由很重的重量产生的，就好像是床上的铅球，它越重，床凹陷得越厉害，周围的小球受到的力越大。因此，物体越重，产生的引力就越大。

而我们平时所看到的东西，都不是很大也不很重，所以我们感觉不到它们的引力。但是地球很大，因此我们能感受到它的引力，这就是我们所说的重量。地球庞大的质量产生的引力，足够把地球上的东西全部抓牢。至于太阳，它比地球要大得多，它的引力也就大得多，因此可以吸引着地球和其他的星星围绕它旋转，不会跑掉。

走近奇迹

早在2000多年前，古希腊学者欧多克斯（前408前355）就提出了地心说，他认为地球是宇宙的中心，所有的天体都围绕着地球在各自的轨道上做圆周运动。

直到16世纪，波兰天文学家哥白尼（14731543），在坚持日心地动的古希腊前辈的学说以及同时代科学家研究的基础上，否定了地心说，创立了日心说。他认为太阳应该位于宇宙的中心，五大行星和地球都围绕着太阳做大小不同的圆周运动。日心说正确描述了行星围绕太阳的运行。

在哥白尼之后，丹麦天文学家第谷（15461601）又连续多年观测当时可以看得到的几颗行星，积累了大量详尽准确而宝贵的观测数据。之后，第谷的学生德国科学家开普勒（15711630）继承了哥白尼的日心说，并仔细研究分析了老师的观测数据，最终得到开普勒三定律：所有行星都绕太阳做椭圆运行，太阳在所有椭圆的公共焦点上；行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积；所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。这三条定律为万有引力的建立奠定了根基。

后来，意大利科学家、近代自然科学的创始人伽利略（15641642），在前人研究的基础上，提出了惯性定律，研究了自由落体运动，又提出了著名的相对性原理。他还改进了天文望远镜，获得大量重要的天文学发现。而荷兰的物理学家惠更斯（16291695）则是研究了匀速圆周运动，他通过研究得到了碰撞过程中动量守恒和动能守恒的重要结论。

这些科学家的研究成果，都成为了牛顿最终发现万有引力的重要前提和基础。

牛顿偶然发现苹果落地的现象，他开始深入思考：为什么苹果可以掉落在地上，而月亮却不会从天上掉下来？之后，他在前人的基础上，开始对各种运动进行深入的研究，寻找问题间的联系，以求得到一个统一合理的解释。

经过三年的努力，牛顿终于在1687年出版了《自然哲学的数学原理》一书，这部书被认为是改变世界历史的书籍之一。在书中，牛顿不仅说明了行星的运行问题，还归纳出了适用于宇宙万物的运动规律，这本书被看作是经典物理学的“圣经”。而就在这部巨著的第二部分，牛顿提出了著名的万有引力定律。

万有引力定律的建立，对物理学及天文学的发展具有极其深远的意义。从以前的科学家的研究，到万有引力定律的提出，再到之后的一系列研究，这为后人提供了建立物理学理论的一种标准模式，意义重大。

⊙奇迹探秘：

2万有引力定律是牛顿发现的，牛顿又是怎样的一个人呢？

艾萨克·牛顿（16431727），英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。他出生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村，1661年进入英国剑桥大学圣三一学院学习，1665年获得文学士学位，后因躲避瘟疫回到家乡度过两年时光。1667年回到剑桥后他当选为圣三一学院的院委，第二年他获得硕士学位。16691701年，他担任了卢卡斯教授（数学界中的一项最重要的教授名衔）。1696年，他移居伦敦，并担任皇家造币厂的监督。1703年，他成为英国皇家学会会长，1706年，他被当时的英国女王安娜赐封爵位。晚年，他潜心于自然哲学和神学。

牛顿在科学史上最卓越的贡献是创建了微积分和经典力学，发现了万有引力定律。牛顿被誉为人类历史上最伟大的科学家之一。

3国际单位中有一个力学单位被命名为牛顿，这是怎样的一个单位呢？

牛顿，是一种衡量力的大小的国际单位。在物理学中，牛顿（newon，符号为n）是力的公制单位，它是以发现经典力学的艾萨克·牛顿的名字来命名的。

牛顿是一个国际单位制导出单位，能使1千克质量的物体获得1ms2的加速度（速度变化量与发生这一变化所用时间的比值）所需要的力的大小定义为1牛顿。

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【万有引力定律的内容】

任意两个质点，通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成正比，与它们距离的平方成反比，与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。

万有引力的适用范围：两个可以视为质点（有质量而不计形状和大小的物质可以看做质点）的物体之间，或者是两个均匀球之间。

知识百科

【万有引力定律的应用】

万有引力定律的发现，揭示了天体的运动规律。此，在天文学领域，万有引力定律对于宇宙航行计算和新天体的发现方面都起到了重要的作用。它可以只凭少数观测资料，就能算出长周期运行的天体运动轨道，它为实际的天文观测提供了一套方便可行的计算方法。在科学史上，哈雷彗星、冥王星、海王星的发现都是万有引力定律被应用而取得的伟大成就。