กฎของเคปเลอร์ (Kepler’s laws)

                          
                                                              ภาพที่ 1 โจฮานเนส เคปเลอร์

           นักปราชญ์ในยุคก่อนเชื่อว่า วงโคจรของดาวเคราะห์เป็นรูปวงกลมที่สมบูรณ์ จนกระทั่ง โจฮานเนส เคปเลอร์ (Johannes Kepler) นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันซึ่งมีชีวิตอยู่ในระหว่าง ค.ศ.1571 – 1630  ได้ทำการวิเคราะห์ข้อมูลตำแหน่งของดาวเคราะห์ ที่ได้จากการตรวจวัดจากการสังเกตการณ์อย่างละเอียด แล้วทำการคำนวณย้อนกลับ พบว่าผลของการคำนวณซึ่งถือเอาวงโคจรเป็นรูปวงกลมนั้น ไม่สอดคล้องกับข้อมูลที่ได้จากการสังเกตการณ์   แต่กลับสอดคล้องกับผลของการคำนวณซึ่งถือเอาวงโคจรเป็นรูปวงรี  ในปี ค.ศ.1609  เคปเลอร์ได้ประกาศว่า “ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่โฟกัสจุดหนึ่ง” (กฎข้อที่ 1 กฎของวงรี)
                               
                                                 ภาพที 2 วงโคจรของดาวเคราะห์เป็นวงรี

หมายเหตุ: การสร้างวงรี สามารถทำได้โดย 2 วิธีคือ  วิธีขึงเชือก  สร้างสามเหลี่ยมระหว่างจุดโฟกัส 2 จุดและปลายดินสอ  จากนั้นลากดินสอรอบจุดโฟกัส  โดยให้เส้นเชือกตรึงอยู่ตลอดเวลา  ดังภาพที่ 3  และวิธีภาคตัดกรวย ในภาพที่ 4
                                   
                                           ภาพที 3  วงโคจรของดาวเคราะห์เป็นวงรี

                           
                                        ภาพที 4  ภาคตัดกรวยชนิดต่างๆ

           ในปีเดียวกัน เคปเลอร์พบว่า ความเร็วในวงโคจรของดาวเคราะห์มิใช่ค่าคงที่  แต่จะเคลื่อนที่เร็วเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์  และเคลื่อนที่ช้าลงเมื่อออกห่างจากดวงอาทิตย์   เคปเลอร์พบว่า “เมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนที่ตามวงโคจรไปในแต่ละช่วงเวลา 1 หน่วย  เส้นสมมติที่ลากโยงระหว่างดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์ จะกวาดพื้นที่ในอวกาศไปได้เท่าๆ กัน”    (กฎข้อที่ 2 กฎของพื้นที่เท่ากัน)
              
                             ภาพที่ 5  พื้นที่ที่กวาดไปช่วงเวลาที่เท่ากัน ย่อมมีขนาดเท่ากัน

           เก้าปีต่อมา ในปี ค.ศ.1618  เคปเลอร์พบว่า พื้นที่ของคาบวงโคจรของดาวเคราะห์ (คำว่า “พื้นที่” หมายถึง กำลังสอง) จะแปรผันตาม ปริมาตรของระยะห่างจากดวงอาทิตย์เสมอ (คำว่า “ปริมาตร” หมายถึง กำลังสาม) หรือพูดอย่างง่ายว่า  “กำลังสองของคาบวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ จะแปรผันตาม กำลังสามของระยะห่างจากดวงอาทิตย์”  เมื่อนำค่ายกกำลังสองของคาบวงโคจรของดาวเคราะห์ (p²)  มาหารด้วย ค่ากำลังสามของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ a³ จะได้ค่าคงที่เสมอ (p²/a³ = k, k เป็นค่าคงที่)  มิว่าจะเป็นดาวเคราะห์ดวงใดก็ตาม  กฎข้อที่ 3 นี้เรียกว่า “กฎฮาร์มอนิก” (Harmonic Law) 

            
                                                 ตารางที่ 1  กฏข้อที่ 3 ของเคปเลอร์
           ระยะทาง 1 หน่วยดาราศาสตร์ หรือ 1 AU (Astronomical Unit) เท่ากับระยะทางเฉลี่ยจากโลกไปยังดวงอาทิตย์ หรือ 149,600,000 ล้านกิโลเมตร

สรุป กฎของเคปเลอร์: 

           ข้อที่ 1:  ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่โฟกัสจุดหนึ่ง
           ข้อที่ 2:  เส้นตรงที่โยงระหว่างดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์ จะกวาดเป็นพื้นที่เท่าๆ กัน ในช่วงเวลาที่เท่ากัน
           ข้อที่ 3:  กำลังสองของคาบวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ แปรผันตามกำลังสามของระยะห่างจากดวงอาทิตย์   (p²/a³ = k, k เป็นค่าคงที่)

ที่มา www.vcharkarn.com

[MY]

ถ้าโลกหมุนโคจรรอบดวงอาทิตย์ช้าลงจะเกิดปรากฎการณ์อะไรขึ้นบ้าง และเพราะเหหตุใดถึงเกิดปรากฎการณ์เช่นนั้น