开普勒行星运动第三定律指出,每个行星的轨道周期的平方,表示为P2,与每个行星的半长轴的立方,R3成正比。一颗行星的轨道周期仅仅是它完成一圈所需的时间,即年。半主轴是所有椭圆的一个属性,是椭圆中心到轨道上离中心最远的点的距离。
天文学家和数学家约翰内斯-开普勒(1571-1630)针对轨道上的任何两个物体制定了他的行星运动三定律,如果这两个物体是恒星、行星、彗星或小行星,则没有区别。对于空间中任何两个相对巨大的物体来说,这大多是正确的。开普勒定律改变了人类研究天体运动的方式。
下面的例子可以用来证明每个比率与开普勒第三定律有关的特性。如果P1代表行星A的轨道周期,R1代表行星A的半长轴;P2代表行星B的轨道周期,R2代表行星B的半长轴;那么(P1)2/(P2)2的比率,即每个行星的轨道周期的平方,等于(R1)3/(R2)3的比率,即每个行星半长轴的立方。因此,作为一种表达方式,开普勒第三定律表明,(P1)2/(P2)2=(R1)3/(R2)3。
开普勒第三定律可以用时间和距离来概括,而不是比率或比例。当行星、彗星或小行星离太阳越来越近时,它们的速度会增加;当行星、彗星或小行星离太阳越来越远时,它们的速度会降低。因此,当考虑到它们的距离--它们的半主轴--时,一个物体的速度增加与另一个物体的速度增加相似。这就是为什么水星,最里面的行星,旋转得那么快,而冥王星,以前被认为是最外面的行星,旋转得那么慢。
在一个使用水星和冥王星的现实世界的例子中,注意较大的数字是冥王星的数字,记住(P1)2/(P2)2=(R1)3/(R2)3。在这种情况下,(0.240)2/(249)2=(0.39)3/(40)3。因此,9.29 x 10-7 = 9.26 x 10-7。
水星总是靠近太阳,所以它的速度很高。冥王星总是远离太阳,所以它的速度很慢,但两个物体的速度都不是恒定的。尽管水星离得很近,而冥王星离得很远,但两者在其轨道期都有速度增加和减少的时候。不管有什么不同,每个行星的轨道周期的平方与每个行星的半长轴的立方成正比。
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