К законам Кеплера

К законам Кеплера

В школу возвращается астрономия. Это вполне логичное решение министерства образования. Очень странным и непонятным было решение о ее удалении из учебных предметов. Ведь астрономия, как никакая другая наука связна с природой. Даже в небольшой сельской школе можно проводить наблюдения звездного неба, планет, затмений Луны и т д.

Образовавшийся вакуум тут же заполнили всякого рода астрологи, космосенсы и прочие непонятные специалисты. Используя естественное желание человека заглянуть в будущее, эта публика заполонила все СМИ.

Конечно, возможно, среди этой публики есть вполне грамотные люди.

Даже Иоганн Кеплер зарабатывал на жизнь, составляя гороскопы для семьи австрийского императора Фердинанда. Он называл астрологию глупой дочкой, которая кормит умную мать (астрономию).

Но давайте вернемся к личности Иоганна Кеплера и его законам.

Иоганн Кеплер обладал чувством прекрасного. Всю свою сознательную жизнь он пытался доказать, что Солнечная система представляет собой некое мистическое произведение искусства. Сначала он пытался связать ее устройство с пятью правильными многогранниками классической древнегреческой геометрии. (Правильный многогранник — объемная фигура, все грани которой представляют собой равные между собой правильные многоугольники.) Во времена Кеплера было известно шесть планет, которые, как полагалось, помещались на вращающихся «хрустальных сферах». Кеплер утверждал, что эти сферы расположены таким образом, что между соседними сферами точно вписываются правильные многогранники. Между двумя внешними сферами — Сатурна и Юпитера — он поместил куб, вписанный во внешнюю сферу, в который, в свою очередь, вписана внутренняя сфера; между сферами Юпитера и Марса — тетраэдр (правильный четырехгранник) и т. д.* Шесть сфер планет, пять вписанных между ними правильных многогранников — казалось бы, само совершенство?

Увы, сравнив свою модель с наблюдаемыми орбитами планет, Кеплер вынужден был признать, что реальное поведение небесных тел не вписывается в очерченные им стройные рамки. По меткому замечанию современного британского биолога Дж. Холдейна (J. B. S. Haldane), «идея Вселенной как геометрически совершенного произведения искусства оказалась еще одной прекрасной гипотезой, разрушенной уродливыми фактами».

Лишь переехав в Прагу и став ассистентом знаменитого датского астронома Тихо Браге (Tycho Brahe, 1546–1601), Кеплер натолкнулся на идеи, по-настоящему обессмертившие его имя в анналах науки. Тихо Браге всю жизнь собирал данные астрономических наблюдений и накопил огромные объемы сведений о движении планет. После его смерти они перешли в распоряжение Кеплера. Эти записи, между прочим, имели большую коммерческую ценность по тем временам, поскольку их можно было использовать для составления уточненных астрологических гороскопов (сегодня об этом разделе ранней астрономии ученые предпочитают умалчивать).

Глядя в небо, мы видим другие планеты, которые также движутся по неизвестным нам орбитам. Наша задача — определить по данным наблюдений, сделанных на нашем вращающемся вокруг своей оси вокруг Солнца земном шаре, геометрию орбит и скорости движения других планет. Именно это, в конечном итоге, удалось сделать Кеплеру, после чего, на основе полученных результатов, он и вывел три своих закона!

Перед тем, как формулировать I Закон Кеплера, полезно познакомить учащихся с понятием эллипса и его характеристик.

На доске или плотном картоне можно выполнить этот рисунок, показать большую и малую оси, эксцентриситет и вид эллипса в зависимости от эксцентриситета. Закрепите на доске или картоне нитку при помощи 2 гвоздиков. Длина нитки должна быть больше расстояния между гвоздиками, чтобы она провисала. Сближая или раздвигая гвоздики, можно менять вид эллипса от прямой линии до окружности. Т.е эллипс в зависимости от эксцентриситета может вырождаться в прямую линию или окружность.

Первый закон Кеплера справедлив не только для планет Солнечной системы, но и для других систем небесных тел - спутников планет, двойных звезд, искусственных спутников Земли.

Поэтому более общая формулировка:

Одно небесное тело движется вокруг другого по одному из сечений конуса плоскостью - эллипсу, параболе, гиперболе.

Вид сечения зависит от угла, под которым плоскость пересекает конус.

Второй закон Кеплера вполне наглядно сформулирован в учебниках.

Но можно применить мнемоническое правило, которое поможет его запомнить.

2

Периоды обращения спутников, высоту апогея, перигея и другие элементы орбит движения искусственных спутников Земли можно найти в сети ИНТЕРНЕТ или в астрономических календарях прошлых лет.

Учитель физики и астрономии центра образования "Ступени"

г Биробиджан Бередух Светлана Васильевна