开普勒怎样发现宇宙第一第二定律

第谷的精确观测数据与托勒密的地心说和哥白尼的日心说不一致。有什么问题吗？开普勒支持科学定律应该简洁和谐的观点，并坚信日心说是正确的。结果，开普勒开始使用数学方法，根据哥白尼的日心说来总结和整理数据，寻找隐藏的规律。德国天文学家和数学家开普勒(1571-1630)选择了第一个问题来解决。面对海量的观测数据和1000多个行星数据，先从哪个行星开始？直觉告诉他，他应该选择问题更突出的星球。这是一个非常重要的选择！直接进入矛盾的中心。他选择了火星。因为火星有最丰富的观测数据，而哥白尼的日心说在火星轨道上有最大的误差。亲身体验一下，知道问题是什么。开普勒利用哥白尼的常规圆形轨道，用连续观测数据填充火星运动表。结果，火星总是脱轨——不是在一个圆上。经过多次实验，开普勒把右圆变成了偏心圆。这符合事实。我心想，行星的轨道是偏心圆的规则。然而，根据偏心圆的轨道，第谷的数据仍有8弧分钟的误差。开普勒坚信第谷的数据误差小于2弧分钟，而偏心圆的轨道仍然有问题！改变思维角度，火星的轨道不是圆形的吗？怪圈错了吗？结果，开普勒根据精确的天文观测数据计算了行星的轨道，而不是根据先验模型进行拟合和修正。开普勒具有很强的数学技巧，他利用第谷丰富的火星观测数据，反复拟合各种几何线，最终发现火星轨道是一个椭圆，而太阳位于其中一个焦点(开普勒第一定律)。经过多次实验，开普勒不得不将火星的圆形轨道确定为椭圆形，这与实验数据吻合得很好，误差在2弧分钟以内。然后开普勒用椭圆轨道验证了地球的一些数据，并测量出地球的轨道也是椭圆的。开普勒随后确定该行星的轨道是椭圆形的。天体的运动不完美吗？这难道不符合天体必须有完美的圆周运动吗？！古希腊数学家阿波罗尼奥斯早在他的圆锥理论中就有过详细的讨论。事实上，太阳系所有行星的轨道都是椭圆形的！火星的轨道有很大的偏心率。很容易看出它是椭圆形的。水星、金星和地球的轨道大体上是圆的。所以托勒密带偏心修正的圆形轨道完全可以应付当时不太精确的观测。椭圆轨道很常见，圆是特例。天文数据还显示，火星的速度并不一致。火星有一个快速近日点和一个慢速远地点。借助椭圆轨道的概念和对椭圆曲线性质的研究，开普勒认为当太阳位于椭圆的焦点时，行星的速度可能与行星和太阳之间的距离有关。在与第谷的实验数据反复比较后，行星在椭圆轨道上运动的速度并不恒定。当它们远离太阳时，速度确实很慢，而当它们靠近太阳时，速度就很快。为了寻找它的定律，开普勒最终得出结论，行星和太阳的直线在同一时间扫过同一区域。这也打破了行星运动必须一致的传统观点。事实必须占上风。在过去六年的研究中，开普勒通过反复与实验数据比较、解释更多的现象和揭示新的现象来证实他的研究结果。1609年，《新天文学》出版，开普勒的第一和第二定律，也称为行星运动的第一和第二定律，也出版了。