太陽系は太陽と、惑星やその他の星である天体で構成されています。惑星は、水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星の順序で楕円軌道を描きます。
惑星系全体の動きは、数千年にわたる観察、研究、発見から生まれた法則によって支配されています。天体の動きを説明しようとした最初の人々は、惑星系の発展の先駆者であるギリシャ人でした。しかし、最も有名な惑星系はギリシャのクラウディウス プトレマイオスの惑星系でした。彼の体系では、地球が宇宙全体の中心であると考えられており、これを天動説と呼びました。プトレマイオスによれば、これらの惑星は地球の周りを円軌道で描いていたという。このシステムは、何世紀にもわたって異議を唱えることなく有効でした。 15世紀頃、ニコラウス・コペルニクスというポーランドの天文学者は、地動説、つまり太陽が宇宙の中心であるという、惑星の動きに関する新しい概念を生み出しました。彼によれば、太陽系を構成するすべての惑星は太陽の周りの円軌道を描いていたが、このシステムはティコ・ブラーエには受け入れられなかった。ブラーエは、太陽は地球の周りを回っており、残りの惑星も太陽の周りを回っていると述べました。ティコは死ぬ前に、自分の研究のすべてをヨハネス・ケプラーという弟子に与えました。この遺産をもとに、ケプラーは天体の動きについての研究を続けました。ケプラーは、長年の努力と研究を経て、太陽の周りの惑星の動きを説明する法則を記述しました。これらの法則は、ケプラーに敬意を表して「ケプラーの法則」として知られるようになりました。
ケプラーの法則
ヨハネス・ケプラーは研究の中で、惑星の動きを記述する法則を記述することになりました。以下の法律があります。
第一法則 – 軌道の法則: この法則は、惑星は太陽が焦点の 1 つを占める楕円軌道を描くことを示しています。
第二法則 – 面積の法則: 惑星の中心と太陽の中心を結ぶ線分は、移動時間に比例する面積を表すと述べています。数学的には、ケプラーの第 2 法則を定義する次の式があります。以下を参照してください。
A = K. Δt
ここで、 K は惑星に依存する比例定数であり、惑星の乳輪速度と呼ばれます。ケプラーの法則の結果、太陽の周りの惑星の速度は一定ではなく、惑星が太陽に最も近づく近日点で最大となり、惑星が太陽から最も遠い遠日点で最小になることがわかります。
第三法則 – 周期の法則: この法則は、太陽の周りの惑星の公転周期の 2 乗が、対応する軌道の長半径の 3 乗に正比例することを示しています。数学的には、この法則は次のようになります。
この定数は太陽の質量のみに依存します。
一般化すると、天体の動きを記述するケプラーの 3 つの法則は、地球の周りを移動する人工衛星など、より大きな質量の別の天体の周囲に重力を有するあらゆる天体に当てはまります。
万有引力の法則
ケプラーが行ったのは、惑星系の運動学的説明を与える法則を考案することでした。私たちは、天体がどのようにして楕円軌道を維持しているのか、天体が惑星にどのような力を及ぼしているのかを発見する必要がありました。
アイザック・ニュートンがこの疑問を解決しました。天体の動きを理解するために、ニュートンは月の動きを研究し、この分析を通じて、天体を地球に落下させるのと同じ力が地球によって月にも及んでいると結論付けました。ニュートンはまた、惑星を軌道上に維持しているのは重力であると結論付け、ケプラーの法則に基づいて、この力の強さは太陽と惑星の質量に依存し、それらの間の距離の二乗に反比例することを発見しました。 。ニュートンが得たこの結果は、あらゆる物体に適用できます。
ニュートンは自身の発見を通じて、万有引力の法則と呼ばれる法則を作成しました。この法則は、2 つの物質点は、それらを結ぶ直線の方向を持つ力によって互いに引き付けられ、その強さは質量の積に比例し、それらを離す距離に反比例する、と述べています。数学的には次のようになります。
ここで、F は重力であり、その単位はニュートン (N)、G は万有引力定数と呼ばれる比例定数であり、その値は関係する物体の質量や物体の間の距離に依存しません。この定数の値は、使用される単位系にのみ依存します。この場合は、G の値が 6.67 に等しい国際単位系です。 10 -11 Nm 2 /kg 2 。