อ. เคปเลอร์ใช้เวลาทั้งชีวิตเพื่อพิสูจน์ว่าระบบสุริยะของเราเป็นศิลปะลึกลับ ในขั้นต้น เขาพยายามพิสูจน์ว่าโครงสร้างของระบบคล้ายกับรูปทรงหลายเหลี่ยมปกติจากเรขาคณิตกรีกโบราณ ในช่วงเวลาของเคปเลอร์ ทราบว่ามีดาวเคราะห์หกดวง เชื่อกันว่าพวกเขาถูกวางไว้ในทรงกลมคริสตัล ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าทรงกลมเหล่านี้อยู่ในลักษณะที่รูปทรงหลายเหลี่ยมของรูปแบบที่ถูกต้องพอดีระหว่างทรงกลมที่อยู่ใกล้เคียง ระหว่างดาวพฤหัสบดีกับดาวเสาร์มีลูกบาศก์ที่จารึกไว้ในสภาพแวดล้อมภายนอกซึ่งทรงกลมนั้นถูกจารึกไว้ ระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสบดีเป็นรูปจัตุรมุขเป็นต้น หลังจากสังเกตวัตถุท้องฟ้าเป็นเวลาหลายปี กฎของเคปเลอร์ก็ปรากฏขึ้น และเขาได้หักล้างทฤษฎีรูปทรงหลายเหลี่ยมของเขา
กฎหมาย
ระบบปโตเลมีศูนย์กลางทางภูมิศาสตร์ของโลกถูกแทนที่ด้วยระบบเฮลิโอเซนทริคประเภทที่สร้างโดย Copernicus ต่อมาเคปเลอร์ได้ค้นพบกฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์
หลังจากการสังเกตการณ์ดาวเคราะห์เป็นเวลาหลายปี กฎสามข้อของเคปเลอร์ก็ปรากฏขึ้น พิจารณาในบทความ
แรก
ตามกฎข้อแรกของเคปเลอร์ ดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบของเราเคลื่อนที่ไปตามเส้นโค้งปิดที่เรียกว่าวงรี ผู้ทรงคุณวุฒิของเราตั้งอยู่ในจุดโฟกัสของวงรี มีอยู่สองจุด: จุดเหล่านี้เป็นสองจุดภายในเส้นโค้ง ผลรวมของระยะทางจากจุดใดจุดหนึ่งของวงรีเป็นค่าคงที่ หลังจากการสังเกตเป็นเวลานาน นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถเปิดเผยว่าวงโคจรของดาวเคราะห์ทั้งหมดในระบบของเรานั้นเกือบจะอยู่ในระนาบเดียวกัน เทห์ฟากฟ้าบางดวงเคลื่อนที่เป็นวงรีใกล้กับวงกลม และมีเพียงดาวพลูโตและดาวอังคารเท่านั้นที่เคลื่อนที่ในวงโคจรที่ยาวกว่า จากสิ่งนี้ กฎข้อแรกของเคปเลอร์จึงเรียกว่ากฎวงรี
กฎข้อที่สอง
การศึกษาการเคลื่อนที่ของร่างกายทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุได้ว่าความเร็วของดาวเคราะห์ในช่วงเวลาที่มันอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น และน้อยลงเมื่ออยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากที่สุด (นี่คือ จุดสิ้นสุดของดวงอาทิตย์และจุดสิ้นสุด)
กฎข้อที่สองของเคปเลอร์กล่าวว่า: ดาวเคราะห์แต่ละดวงเคลื่อนที่ในระนาบที่ผ่านใจกลางดาวของเรา ในเวลาเดียวกัน เวกเตอร์รัศมีที่เชื่อมระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์ภายใต้การศึกษาอธิบายพื้นที่เท่ากัน
ดังนั้น เป็นที่แน่ชัดว่าวัตถุเคลื่อนที่รอบดาวแคระเหลืองไม่สม่ำเสมอ และมีความเร็วสูงสุดที่จุดสิ้นสุด และความเร็วต่ำสุดที่จุด aphelion ในทางปฏิบัติสามารถเห็นได้จากการเคลื่อนที่ของโลก ของทุกปีในช่วงต้นเดือนมกราคมดาวเคราะห์ของเราเคลื่อนที่เร็วขึ้นในระหว่างทางผ่านจุดใกล้สูญพันธุ์ ด้วยเหตุนี้การเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ตามแนวสุริยุปราคาจึงเร็วกว่าช่วงเวลาอื่นของปี ในช่วงต้นเดือนกรกฎาคม โลกเคลื่อนผ่าน aphelion ซึ่งทำให้ดวงอาทิตย์เคลื่อนตัวช้าลงตามสุริยุปราคา
กฎข้อที่สาม
ตามกฎข้อที่สามของเคปเลอร์ ความเชื่อมโยงเกิดขึ้นระหว่างช่วงเวลาของการปฏิวัติดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์กับระยะห่างเฉลี่ยจากดาวฤกษ์ นักวิทยาศาสตร์ใช้กฎนี้กับดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบของเรา
คำอธิบายกฎหมาย
กฎของเคปเลอร์อธิบายได้ก็ต่อเมื่อนิวตันค้นพบกฎแรงโน้มถ่วงแล้ว วัตถุทางกายภาพมีส่วนในการปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วง มันมีความเป็นสากลสากลซึ่งส่งผลกระทบต่อวัตถุทุกประเภทของวัสดุและฟิลด์ทางกายภาพ ตามคำกล่าวของนิวตัน วัตถุนิ่งสองตัวทำหน้าที่ซึ่งกันและกันด้วยแรงที่แปรผันตามผลคูณของน้ำหนัก และแปรผกผันกับกำลังสองของช่องว่างระหว่างพวกมัน
เคลื่อนไหวขุ่นเคือง
การเคลื่อนที่ของระบบสุริยะของเราถูกควบคุมโดยแรงโน้มถ่วงของดาวแคระเหลือง หากร่างกายถูกดึงดูดโดยพลังของดวงอาทิตย์เท่านั้น ดาวเคราะห์ก็จะเคลื่อนที่ไปรอบๆ ตัวตามกฎการเคลื่อนที่ของเคปเลอร์ การเคลื่อนไหวประเภทนี้เรียกว่าไม่รบกวนหรือ Keplerian
อันที่จริง วัตถุทั้งหมดในระบบของเราไม่ได้ดึงดูดแค่ผู้ส่องสว่างของเราเท่านั้น แต่ยังดึงดูดซึ่งกันและกันด้วย ดังนั้น จึงไม่มีวัตถุใดเคลื่อนที่ไปตามวงรี ไฮเพอร์โบลา หรือวงกลมได้อย่างแม่นยำ หากร่างกายเบี่ยงเบนไปจากกฎของเคปเลอร์ระหว่างการเคลื่อนไหว แสดงว่าสิ่งนี้เรียกว่าการก่อกวนและการเคลื่อนไหวนั้นเรียกว่าการรบกวน นั่นคือสิ่งที่ถือว่าเป็นของจริง
วงโคจรของเทห์ฟากฟ้าไม่ใช่วงรีตายตัว ในระหว่างการดึงดูดโดยวัตถุอื่น วงรีจะเปลี่ยนแปลง
ผลงานของ I. Newton
ไอแซก นิวตันสามารถอนุมานได้จากกฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเคปเลอร์ซึ่งเป็นกฎความโน้มถ่วงสากล นิวตันใช้แรงโน้มถ่วงสากลในการแก้ปัญหาทางกลของจักรวาล
หลังจากไอแซก ความก้าวหน้าในด้านกลศาสตร์ท้องฟ้าคือการพัฒนาวิทยาศาตร์คณิตศาสตร์ที่ใช้ในการแก้สมการแสดงกฎของนิวตัน นักวิทยาศาสตร์คนนี้สามารถระบุได้ว่าแรงโน้มถ่วงของโลกถูกกำหนดโดยระยะห่างจากมันและมวล แต่ตัวบ่งชี้เช่นอุณหภูมิและองค์ประกอบไม่มีผลกระทบ
ในงานวิทยาศาสตร์ของเขา นิวตันแสดงให้เห็นว่ากฎ Keplerian ที่สามนั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด เขาแสดงให้เห็นว่าเมื่อทำการคำนวณสิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงมวลของดาวเคราะห์เนื่องจากการเคลื่อนที่และน้ำหนักของดาวเคราะห์มีความสัมพันธ์กัน การรวมฮาร์มอนิกนี้แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างกฎ Keplerian กับกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน
โหราศาสตร์
การประยุกต์ใช้กฎของนิวตันและเคปเลอร์กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการเกิดขึ้นของโหราศาสตร์ นี่คือสาขาของกลศาสตร์ท้องฟ้าที่ศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุในจักรวาลที่ประดิษฐ์ขึ้น ได้แก่ ดาวเทียม สถานีอวกาศ เรือต่างๆ
Astrodynamics มีส่วนร่วมในการคำนวณวงโคจรของยานอวกาศ และยังกำหนดพารามิเตอร์ที่จะเปิดตัว วงโคจรใดที่จะเปิดตัว การซ้อมรบที่ต้องทำการวางแผนผลกระทบแรงโน้มถ่วงบนเรือ และสิ่งเหล่านี้ไม่ใช่งานจริงทั้งหมดที่อยู่ก่อนโหราศาสตร์ ผลลัพธ์ทั้งหมดที่ได้รับจะถูกนำไปใช้ในภารกิจอวกาศที่หลากหลาย
โหราศาสตร์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับกลศาสตร์ท้องฟ้า ซึ่งศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุในจักรวาลตามธรรมชาติภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง
วงโคจร
ภายใต้วงโคจร เข้าใจวิถีโคจรของจุดในพื้นที่ที่กำหนด ในกลศาสตร์ท้องฟ้า เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าวิถีของวัตถุในสนามโน้มถ่วงของอีกวัตถุหนึ่งมีมวลมากกว่ามาก ในระบบพิกัดสี่เหลี่ยม วิถีอาจอยู่ในรูปของภาคตัดกรวย นั่นคือ แสดงด้วยพาราโบลา, วงรี, วงกลม, ไฮเปอร์โบลา ในกรณีนี้โฟกัสจะตรงกับศูนย์กลางของระบบ
เชื่อกันมานานแล้วว่าวงโคจรควรจะกลม เป็นเวลานานที่นักวิทยาศาสตร์พยายามเลือกรูปแบบการเคลื่อนที่แบบวงกลม แต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จ และมีเพียงเคปเลอร์เท่านั้นที่สามารถอธิบายว่าดาวเคราะห์ไม่ได้เคลื่อนที่เป็นวงโคจรเป็นวงกลม แต่อยู่ในวงโคจรที่ยาว ทำให้สามารถค้นพบกฎสามข้อที่สามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าในวงโคจรได้ เคปเลอร์ค้นพบองค์ประกอบต่อไปนี้ของวงโคจร: รูปร่างของวงโคจร ความเอียง ตำแหน่งของระนาบของวงโคจรของร่างกายในอวกาศ ขนาดของวงโคจร และเวลา องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้กำหนดวงโคจรโดยไม่คำนึงถึงรูปร่าง ในการคำนวณ ระนาบพิกัดหลักสามารถเป็นระนาบของสุริยุปราคา ดาราจักร เส้นศูนย์สูตรของดาวเคราะห์ ฯลฯ
ผลการศึกษาหลายฉบับแสดงว่ารูปทรงเรขาคณิตของวงโคจรสามารถเป็นวงรีและกลมได้ มีการแบ่งส่วนปิดและเปิด ตามมุมเอียงของวงโคจรกับระนาบของเส้นศูนย์สูตรโลก วงโคจรสามารถเป็นแบบมีขั้ว เอียง และเส้นศูนย์สูตร
ตามช่วงเวลาของการปฏิวัติรอบ ๆ ร่างกาย วงโคจรอาจเป็นแบบซิงโครนัสหรือซิงโครนัสกับดวงอาทิตย์ ซิงโครนัส-รายวัน กึ่งซิงโครนัส
อย่างที่เคปเลอร์บอก ร่างกายทุกคนมีความเร็วในการเคลื่อนที่ที่แน่นอน กล่าวคือ ความเร็วของวงโคจร อาจคงที่ตลอดการไหลเวียนทั่วร่างกายหรือเปลี่ยนแปลง