行星的运动规律与各种天体轨道.pptVIP

第四章 行星的运动规律与各种天体轨道 虽然我们现在所看到的各种航天技术和设备出现的时间并不长,但是人类开展航天探索的历史已经很久了。航天活动是一项需要依靠现代科技支持的活动。在现代火箭出现以前,就已经有人开始探索天外世界,但没有成功,很多科学家的发现不断促进着近代物理学的发展,为航天事业提供了理论上的支持。 第一节 天才观察家 第谷,丹麦天文学家。1546年12月 14日生于丹麦斯科(今属瑞典),卒于1601年10月24日。自幼过继给伯父约尔根·布拉赫为子,受到良好的教育,曾先后在哥本哈根大学、莱比锡大学、罗斯托克大学、巴塞尔大学等多所大学求学。第谷是一位杰出的观测家,但他的宇宙观却是错误的。第谷本人不接受任何地动的思想。他认为所有行星都绕太阳运动,而太阳率领众行星绕地球运动。他的体系是属于地心说的。 第谷是最后一位也是最伟大的一位用肉眼观测的天文学家。就其伟大而言,伊巴谷可能是唯一的抗衡者。第谷早在十三岁时就进入哥本哈根大学学习法律和哲学。他原来打算研究,但在1560年他观察了日蚀,于是转向研究天文学和数学。后来他到德国受到进一步的培养和教育。 第谷于1563年观察木星和土星接近时,注意到这两颗星接近的时间比根据阿尔丰沙十世所制的星表预计的时间相差一个月月。于是他开始购买仪器,使用这些仪器进行观察来制作新星表。他还逐渐用占星术算命,正象近代早期的天文学家那样,一生都对占星术感兴趣。(那时占星术是远比真正的天文学更为有利可图的行业,资助者宁可资助占星术算命,也不愿资助科学上的发现。) 1576年建立的汶岛天文台第 第二天文台 第谷的主要成就 1．第谷对天文学的重大贡献在于他通过长期观测积累的有关行星运行的大量数据资料,成为那个时代罕见的天文观测家,获得“星学之王”的美称。1582年,在教皇格里高里十三世主持下,完成了对基督世界延用了一千多年的儒略历的改历工作,颁行了格里高里历。 2．1572年11月11日夜间,第谷仰望繁星闪烁的天空,突然发现仙后座中有一颗前所未见的“新星”。第谷在一篇论文中首次发明了“新星”(Nova)一词,并指出,星座一成不变的说法是错误的。后人为了纪念他,把这颗新星叫做第谷星。 3．第谷对彗星所作的观测,是他取得的又一个成就。此外,第谷还发现了许多新的现象,如黄赤交角的变化,月球运行的二均差,以及岁差的测定等。 第谷·布拉赫超新星 第谷·布拉赫的四分仪 1577年第谷观察到的彗星 第二节 天才观察家 约输·开普勒是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家 在欧洲文艺复兴时期,作为丹麦天文学家第谷的弟子,他继承了第谷的学说,在已有资料的基础之上,深入研究,终于陆续发现了行星运动的三大规律,尤其是第二规律,对后来牛顿发现万有引力规律做了铺垫,也使开普勒建立了“太阳系”这个概念。他发现了行星运动三大定律,为哥白尼创立的“太阳中心说”提供了最为有力的证据。他被后世誉为“天空的立法者”。 开普勒定律对行星绕太阳运动做了一个基本完整、正确的描述,解决了天文学的一个基本问题。这个问题的答案曾使甚至象哥白尼、伽利略这样的天才都感到迷惑不解。当时开普勒没能说明按其规律在轨道上运行的原因,到17世纪后期才由艾萨克·牛顿阐明清楚。开普勒对此运动性质的研究,我们可以看到万有引力定律已见雏形。开普勒在万有引力的证明中已经证到:如果行星的轨迹是圆形,则符合万有引力定律。而如果轨道是椭圆形,开普勒并未证明出来。牛顿后来用很复杂的微积分和几何方法证出。 实际上在17世纪晚期,有一个支持牛顿学说的主要论点认为开普勒定律可以从牛顿学说中推导出来,反过来说只要有牛顿运动定律,也能从开普勒定律中精确地推导出牛顿引力定律。但是这需要更先进的数学技术,而在开普勒时代则没有这样的技术、就是在技术落后的情况下,开普勒也能以其敏锐的洞察力判断出行星运动受来自太阳的引力的控制。 开普勒除了发明行星运动定律外,还对天文学做出了许多小的贡献。他也对光学做出了重要的贡献。不幸的是他在晚年为私事而感到忧伤。当时德国开始陷入“三十年战争”的大混乱之中,很少有人能躲进世外桃源。 开普勒第一定律: 所有行星绕太阳的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。 焦点 太阳 焦点 ● 第三节 开普勒行星运动规律 开普勒 开普勒第一定律 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上。 开普勒行星运动定律 开普勒第二定律: 对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。 开