Die Keplerschen
Gesetze
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Der
Astronom Johannes Kepler hat mit seinen drei Keplerschen Gesetzen einen Grundstein
für das heliozentrische Weltbild gelegt. Noch heute noch errechnet man
mit diesen Gesetzen die Umlaufbahnen und genaue Position von Planeten.
Johannes Kepler wurde 1571
in Weil geboren. 1587 lernte er an der Universität von Padua Galileo
Galilei kennen. Als er Jahre später an der Universität von Graz
unterrichtete, wurde er von Tycho Brahe, einem dänischen Astronom, an
den Hof des Kaisers Rudolf II. Nach Prag gerufen. Zu diesem Zeitpunkt hatte
Kepler schon einen guten Namen als Mathematiker und Astronom. Kepler wurde
von Brahe beauftragt, die Beobachtungen, die Brahe seit 15 Jahren über
den Mars gesammelt hat, zu erklären. Ein Jahr später starb Brahe
und Kepler nahm dessen Platz ein. Kepler starb am 15. November 1630 in Regensburg.
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| 1. Keplersches Gesetz |
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Während seiner Arbeiten an Brahe´s
Marsbeobachtungen erkannte Kepler, das sich die Bewegungen der Planeten nicht
mit Kreisbahnen erklären lassen. Kepler erkannte, das es sich bei den
Planetenbahnen nur um elliptische Bahnen handeln konnte. Damit befand sich
die Sonne nicht mehr im Zentrum des Sonnensystems, sondern in einem Brennpunkt
der Ellipse. Damit hatte Kepler das erste Keplersche Gesetz gefunden.
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| 2. Keplersches Gesetz |
Durch weitere Untersuchungen der gesammelten Daten über
den Mars, erkannte Kepler, das die Planeten im Laufe eines Umlauf sich unterschiedlich
schnell bewegten. So ist ein Planet, der der Sonne Nahe kommt sehr schnell.
Entfernt sich der Planet von der Sonne, so wird er langsamer. Der Grund dafür
ist recht einfach und liegt in der Anziehungskraft der Sonne. Bewegt sich
der Planet auf die Sonne zu, wird er immer weiter beschleunigt. Entfernt er
sich von der Sonne, so wird er durch die Anziehungskraft abgebremst und somit
langsamer. Aus dieser Tatsache entwickelte Kepler das 2. Gesetz.Verbindet man den Planet und die Sonne, so erhält man eine Gerade. Jetzt lässt man einen bestimmten Zeitraum vergehen. Wie groß dieser Zeitraum ist, spielt dabei keine Rolle. Nach dieser Zeit verbindet man wieder den Planeten und die Sonne. Dadurch ergibt sich eine Fläche (Siehe Grafik). Nun kann man an einem anderen Zeitpunkt diese Messungen wiederholen. Dabei erhält man wiederum eine Fläche. Diese beiden Flächen sind gleich groß. Der Grund dafür ist die Unterschiedliche Geschwindigkeit, mit der der Planet sich fort bewegt. Die Erde ist in Sonnennähe ungefähr 31km/s und in Sonnenferne rund 29km/s schnell. |
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| 3. Keplersches Gesetz |
Zwischen
der Entdeckung des 2. und 3. Keplerschen Gesetzes vergingen viele Jahre, in
denen Kepler ein Tafelwerk über Sonne, Planeten und Monden erstellte.
Das 3. Keplersche Gesetz bringt die mittlere Entfernung, die der Planet zur Sonne hat mit der Umlaufzeit in Verbindung. Das Verhältnis der 3. Potenz der mittleren Entfernung zu dem Quadrat der Umlaufzeit ist für alle Planeten gleich. Mit der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetz durch Isaac Newton erkannte man, das dieses Gesetz bzw. diese Konstante, die man bei der Berechnung erhält nur von der Masse das Zentralkörpers abhängt. Dadurch ist es möglich das 3. Keplersche Gesetz in jedem System anzuwenden. Zum Beispiel kann man dieses Gesetz auch beim Jupiter und seinen Monden anwenden, ohne eine Änderung durchzuführen. 
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