惑星運動とは

惑星がどのように動くかは、古代の科学者が宇宙の規則を決定しようとする際に取り組んだ最も初期の質問の1つです。 初期の理論では、地球は宇宙の中心であり、すべての天体がその周りを回っていると仮定していました。 ガリレオの発見により、地球ではなく太陽が太陽系の中心であり、惑星がさまざまな速度と角度でその周りを移動したことが明らかになりました。 今日の惑星運動の理論は、16世紀のドイツの天文学者ヨハネスケプラーの研究に基づいています。

彼のメンターであるティコ・ブラーエの仕事を彼の理論の基礎として使用して、ケプラーは惑星運動の3つの法則を通して天文学と物理学の世界を変えました。 当時は6つの惑星しか知られていませんでしたが、彼の理論は1世紀以上後にニュートンによって確認され、400年以上にわたって十分に支えられてきました。 彼の理論は、非天文学者にはやや戸惑うものの、惑星科学の世界の舞台を大きく変えました。

ケプラーが決定した最初の法則は、惑星運動が周期的ではなく楕円形であるというものでした。 太陽の周りを円形のパターンで移動するのではなく、各惑星は楕円形の軌道で移動します。 この法則は、アリストテレスの時代から存在していた惑星運動の一般的な理論とは完全に一致していませんでしたが、圧倒的な科学的証拠が最終的にケプラーの新しい理論が真実であることを証明しました。

ケプラーの2番目の法則は、惑星が軌道をたどっているときに移動する速度を扱います。 惑星は太陽に対する位置に対して速度を変化させます。 近くにいると速度が上がり、遠くにいくと速度が低下します。 ケプラーの第二法則は、等しい期間にわたって、惑星は等しい距離を移動すると述べています。 基本的に、1か月で移動する距離は長くなりますが、太陽に近い場合はより高速になり、太陽から離れると、移動は遅くなりますが、カバーする距離は短くなります。 この惑星運動の法則によれば、速度は距離のバランスをとるので、惑星は一定の時間内にほぼ常に同じ距離をカバーします。

ケプラーが導き出した惑星運動の第三法則は、本質的にもっと数学的で複雑です。 最初の2つの法則は、惑星が太陽に対してどのように動くかを扱いますが、3番目の法則は、惑星の動きを他の惑星と比較します。 基本的には、惑星が軌道を完成するのにかかる時間を二乗し、それを惑星から太陽までの三乗平均距離で割ると、すべての惑星でほぼ同じ比率になります。 これは、惑星の周回時間は軌道の大きさに直接比例するため、どの惑星が記述されていても比率はほぼ正確であることを意味します。

惑星運動は太陽系の規則を説明するのに役立ちますが、その有用性はそこで終わりません。 惑星がどのように動くかを説明することに加えて、それは現代の科学者が衛星や他の人工物が宇宙に置かれた軌道パターンを決定するのにも役立ちます。 ケプラーの法則は、たとえ私たちがそれらを視覚的に観察できなくても、先端技術によって発見されたばかりの新しい惑星の軌道パターンを説明するのにも役立ちました。