开普勒是谁？

开普勒是德国天文学家和数学家，他的思想从根本上改变了我们对行星运动的理解。他最著名的作品来源于他受雇于丹麦天文学家第谷·布拉赫（1546-1601）。1599年，他定居布拉格（当时是德国皇帝鲁道夫的宫廷所在地），成为宫廷天文学家。在那里，他雇佣了数学天才开普勒来进行他的计算。

开普勒在认识第谷之前很久就研究过天文学；他支持哥白尼式的世界观，即行星围绕太阳运行。开普勒还就他的观察结果和结论与伽利略通信。

最终，开普勒在他的工作基础上写了几部关于天文学的著作，包括《新天文学》、《蒙迪和声》和《哥白尼天文学的缩影》。他的观察和计算启发了后世天文学家在他的理论基础上继续前进。他还研究光学方面的问题，特别是发明了一种更好的折射望远镜。开普勒是一个非常虔诚的人，在他一生中的一段时间里，他也相信占星术的一些信条。

开普勒的艰巨任务

开普勒被第谷·布拉赫指派负责分析第谷对火星的观测结果。这些观测包括对行星位置的一些非常精确的测量，这与托勒密的测量或哥白尼的发现都不一致。在所有行星中，火星的预测位置误差最大，因此造成了最大的问题。第谷的数据在望远镜发明之前是最好的。在向开普勒支付帮助费的同时，布拉赫小心翼翼地保护着他的数据，开普勒经常努力获取他工作所需的数据。

正确无误的资料

第谷死后，开普勒获得了布拉赫的观测数据，并试图弄清这些数据的含义。1609年，也就是伽利略·伽利略第一次将望远镜对准天空的同一年，开普勒瞥见了他认为可能是答案的东西。第谷观测的准确度足以让开普勒证明火星的轨道将精确地符合椭圆的形状（一个细长的、几乎是卵形的圆形）。

路径形状

他的发现使约翰内斯·开普勒成为第一个理解太阳系中的行星是以椭圆而不是圆形运动的人。他继续他的研究，最终发展出行星运动的三个原理。这些被称为开普勒定律，它们彻底改变了行星天文学。开普勒之后的许多年，艾萨克·牛顿爵士证明了开普勒的所有三条定律都是引力定律和物理学定律的直接结果，这些定律控制着各种大质量物体之间的作用力。那么，什么是开普勒定律？下面我们用科学家用来描述轨道运动的术语来快速了解一下它们。

开普勒第一定律

开普勒第一定律指出，“所有行星都以椭圆轨道运行，其中一个焦点是太阳，另一个焦点是空的。”围绕太阳运行的彗星也是如此。应用于地球卫星，地球中心成为一个焦点，而另一个焦点为空。

开普勒第二定律

开普勒第二定律称为面积定律。这条定律说明“连接行星和太阳的线以相等的时间间隔扫过相等的区域。”要理解这条定律，请考虑卫星什么时候绕轨道运行。一条连接地球的假想线在相同的时间内扫过相同的区域。AB段和CD段的覆盖时间相等。因此，卫星的速度会发生变化，这取决于它与地球中心的距离。在轨道上最靠近地球的点（称为近地点）的速度最大，在距离地球最远的点（称为远地点）的速度最慢。值得注意的是，卫星的轨道并不取决于其质量。

开普勒第三定律

开普勒第三定律被称为周期定律。该定律将行星绕太阳一周所需的时间与其离太阳的平均距离联系起来。该定律指出，“对于任何行星，其公转周期的平方与其距太阳平均距离的立方成正比。”适用于地球卫星，开普勒第三定律解释说，卫星离地球越远，完成一个轨道所需的时间越长，它完成一个轨道的距离越远，平均速度越慢。另一种思考方式是，卫星在离地球最近时移动最快，在离地球较远时移动较慢。

由卡罗琳·柯林斯·彼得森编辑。