搞天体力学专业的居然不知道开普勒三大定律的作用!让非该专业的本人替他科普一下:如何计算出行星的质量、距离、速度与公转周期

白云蓝天
楼主 (文学城)

 

• 是您的问题,提得不通。行星的质量,运动周期,是用开普勒三定律算出来的?不懂就不要瞎说。拜托。 蒋闻铭 -    (0 bytes) (1 reads) 08/08/2024  13:57:05

 

       十七世纪初,德国天文学家开普勒总结了丹麦天文学家第谷·布拉赫的观测结果,提出了行星运行的三大定律:一、行星都沿着椭圆轨道运行,太阳位于椭圆的一个焦点处;二、在行星运行时,在相等的时间内永远扫过同样大小的面积;三、行星公转周期(公转一次的时间)的平方与其轨道长半轴的立方成正比。

       行星的运行轨道虽说都是椭圆形的,但这扁的程度非常之小,单凭肉眼是看不出来的。太阳并不在椭圆的中心,而是在椭圆的一个焦点上,焦点与中心的距离用偏心率来表示。除了水星,其他行星的偏心率都是很小的。水星的轨道偏心率达0.2,其焦点偏离中心甚至能用肉眼看出来,而其扁的程度却只有0.02。

       行星距离太阳越近就运行得越快,在相等的时间内永远扫过完全相等的面积,这是由太阳的引力与行星的离心力之间的平衡所决定的。行星要避免被太阳的引力吸入,就须靠其运行所产生的离心力和太阳的引力达到平衡。打破了这个平衡,行星要么被太阳所吸入,要么就远离太阳而去。由于太阳施加于同等面积的引力是完全相等的,所以行星也必须在同等的时间内扫过完全相等的面积。如此,就发生了行星距离太阳较近时运行得较快而距离太阳较远时运行得较慢的情形。同理,距离太阳越远的行星其运行速度就越慢,所以由近及远的八大行星每秒的平均运行速度各自为:水星47.36公里,金星35.02公里,地球29.78公里,火星24.07公里,木星13.07公里,土星9.68公里,天王星6.8公里,海王星5.43公里。

       根据开普勒第二定律与第三定律,可以通过对照地球精确地计算出不同距离的其他行星的不同公转周期,进而也就能计算出它们各自的运行速度。行星公转周期的计算方式是:先求出距离的立方数,再求出其平方根。比如,一颗行星距离太阳是地球距离太阳的4倍,其公转周期就为前者的8倍(4的立方是64,64的平方根是8),而其运行速度为前者的1/2。以海王星为例:距离太阳是地球的30.06869倍,其公转周期就为164.79132年(30.06869的立方是27186,27186的平方根为164.9,些许误差应是由海王星本身所大于地球的质量造成)。也可以将上述的计算顺序倒转过来,即先获得行星公转周期的数据,再根据这个数据计算出其距离太阳的里程。

       根据开普勒第三定律,可以通过(拥有卫星的)行星距离太阳的公里数精确地计算出其质量。计算方式是:先求出太阳与行星的各自商数,再用太阳的商数除以行星的商数,得出两者的质量之比,进而计算出行星的质量。太阳商数 = 行星距离太阳的公里的立方 ÷ 行星公转周期的天数的平方;行星商数 = 卫星距离行星的公里的立方 ÷ 卫星公转周期的天数的平方。所有行星的太阳商数只有略微的差异,而所有卫星的主星商数也应相差无几。

       以地球为例:太阳商数 = 3347930000000000000000000(地球距离太阳149597887.5公里的立方)÷ 133412(地球公转周期365.24219天的平方)= 25095000000000000000,地球商数 = 56800000000000000(月球距离地球384400公里的立方) ÷ 746(月球公转周期27.32天的平方)= 76140000000000;25095000000000000000(太阳商数)÷ 76140000000000(地球商数)= 329590(太阳为地球的33万倍)。

       再以木星为例:太阳商数 = 471905280000000000000000000(木星距离太阳778547200公里的立方)÷ 18771336(木星公转周期4332.59天的平方)= 25139700000000000000,木星商数 = 1230542000000000000(木卫三距离木星1070400公里的立方)÷ 51(木卫三公转周期7.1545296天的平方)= 24128000000000000;25139700000000000000(太阳商数)÷ 24128000000000000(木星商数)= 1042(太阳为木星的1040+倍)。

 

根据开普勒第二与第三定律,可以精确地计算出行星的不同距离、运行速度和公转周期,也可通过它们的距离计算出它们的质量

 

白云蓝天
“行星的质量,运动周期,是用开普勒三定律算出来的?不懂就不要瞎说。拜托。 - 蒋闻铭”——一个搞天体力学专业的所发的疑问
波粒子3
他不知道微积分与微分方程的区别
白云蓝天
除了最极品的地摊货,真不知道他知道什么?阎润涛是他偶像,心目中的伟人是慈禧和隋炀帝。
方外居士
没有看懂:若没有万有引力定律,开普勒的定律如何与质量挂钩?
蒋闻铭
有人告诉您,可以用自由落体的运动,算出这个落体的质量,您就信了?什么乱七八糟的一堆。
蒋闻铭
网上的胡说八道,多了去了。连引力作用下,物体的运动与质量无关这样的常识都没有。妄人妄语,胡说八道。
蒋闻铭
这个请伯利兹来解释一下哈。
白云蓝天
开普勒定律符合万有引力定律,开普勒是基于对行星运动的精确观测和数学分析而得出了行星三大定律的。
蒋闻铭
开普勒三定律,都还没到天体力学。天体力学,下面听我慢慢讲哈。
蒋闻铭
再教你一个乖。天体力学的事情,只要您在网上看到的和我说的不一样,以我说的为准。因为写这些东西的人,都不如我懂天体力学。
蒋闻铭
开普勒知道数学分析?您知道数学分析是什么吗?胡说八道。
蒋闻铭
无知无畏。聊天又一个笑料。
白云蓝天
小学生都问不出你这种问题啊!行星的距离、速度、质量、公转周期,全都涉及数据,没有数学计算怎么得出三大定律?
蒋闻铭
算算数据,就是数学分析?到国内的任何一个数学系的一年级的科目看一下,第一门课教什么?《数学分析》。:)
m
man008
我也替白网友教你一个乖,崇毛的事,只要您在网上看到的和白网友不一样,以白网友为准。因为没人比他更崇毛。
白云蓝天
以你说的为准?你哪次说对过?在事实面前也死不认错!犹如1+1都算不出来,却说自己能解哥德巴赫猜想,还要别人跟你学?!
蒋闻铭
分析是分析,计算是计算,风马牛不相及。不懂就不要乱说话。
白云蓝天
数学计算居然不属于数学分析了!难怪会说出民主就是自由,慈禧最开明,隋炀帝贡献极大,亚里士多德是中世纪教会的思想之神……
蒋闻铭
这样吧,白云蓝天伯利兹两位,我们来打个赌:如果我能证明没有人比我更有资格讲天体力学,那么您二位,从此在文学城消失。
蒋闻铭
如果我不能证明,我也从此不来文学城。您二位敢不敢打这个赌?
白云蓝天
而且计算的结果就是用来分析,然后推到出行星运行的三大定律。
白云蓝天
被轻易戳穿的牛皮还能有资格跟人打赌?!
蒋闻铭
分析的英文对应,是analysis。 计算,是calculation。您以为什么数学,都可以叫数学分析?无知无畏不懂装懂
白云蓝天
扯!扯得越多,越显出你的无知,无知得可怕!
蒋闻铭
您不敢打这个赌。我们还可以请文学城的编辑小姐姐做证明。您不敢打这个赌。
蒋闻铭
这个说得有趣。我完全同意。我想为几坛除公害,下面邀他打个赌。他不敢接。
s
slow_quick
我觉得蒋闻铭天体力学讲得比较有道理,开普勒那时候还没有牛顿的苹果,没有牛顿莱布尼茨的微积分,你们都该承认吧?
蒋闻铭
不承认您能把他们怎么着吧。:)

白云蓝天
他连开普勒定律的用处都不知道,还有道理?!他自称天体力学专业的,却连天体力学最基本的知识都没有!乱扯一气就是有道理?
白云蓝天
捧臭脚不是这么捧的!如此捧臭脚,臭脚非但会越捧越臭,而且还弄得自己一身臭。
s
slow_quick
“由于太阳施加于同等面积的引力是完全相等的”?好像不对吧?又不是光照,与面积有什么关系?

还有,你提到了“离心力”,认真学习过中学物理的都知道(在惯性系里面)物体做圆周运动没有“离心力”什么事。是“向心力”(你提到的太阳引力)把惯性直线运动物体(行星)往中间拉,偏离了直线运动变成了圆周运动。

你一提“离心力”就到了非惯性系。

不要一口气吃成胖子,先弄懂牛顿的惯性系(再想想非惯性系),慢慢才去想像相对论。

许多自然博物馆都有傅科摆,显示物体在非惯性系的运动特征。蓝天大侠可以先试试理解牛顿第一定律,注意牛顿第一定律在非惯性系不成立。牛顿第一定律没完全搞懂就不要与天体物理学家争论了吧。

蒋闻铭
您这个好像不是回复我,而是回复白云蓝天,对吗?
白云蓝天
这需要你去跟开普勒和科学家们去商榷!
蒋闻铭
您是搞天体物理的?我是南京大学天文系毕业,做天体力学的。
s
slow_quick
这个是对蓝天大侠说的
蒋闻铭
不用理会这个白云蓝天。他无知无畏,被我揭露了几回,现在恨我入骨。我写什么。他都骂。:)
s
slow_quick
开普勒发现了规律,后来牛顿的理论一算正好嵌入,不是吗?
蒋闻铭
污言秽语又来了。说话缺少教养,贻笑大方。
s
slow_quick
我虽然不懂天体物理,但简单的牛顿力学是学过的,故而觉得你讲的天体运动比蓝天大侠有道理
蒋闻铭
我前面跟他和伯利兹说了,他们没听懂。您再说一遍,他们还是听不懂。:)
蒋闻铭
多谢。
白云蓝天
他说行星的质量、运动周期,跟开普勒定律没有关系,道理在哪里?只知道有开普勒定律,而对其意义与作用毫无所知,这算有道理?!
白云蓝天
难道判断对错只看对象,连事实、真理都不管了,摸摸胸口,良心何在?!
白云蓝天
你的“教养”是有目共睹的,你甚至根本不知道“教养”为何物!
s
slow_quick
运动周期有关系,但质量确实无关,这个你确实错了(或者你哪里找的东西错了)。。。

我们简化一下太阳系,假定都是纯圆周运动不要搞什么椭圆。搞一个地球,一块小石子都围绕太阳转,看看除了与太阳距离有关还有没有与质量有关。

补习一下圆周运动物体向心力部分:

http://gaozhongwuli.com/zongjie/gongshi/467563.html

撇开意识形态,就事论事,我们还是要尊重专家。对天体运动我看蒋大侠就是专家。

网上辩论,发现自己错了,承认错了就是了。

蒋闻铭
我这是把您的谩骂接下来,以免slow网友像上次Soloman7网友一样,上您的当。
s
slow_quick
我数学功底退化了,不会算椭圆,但正圆还是会算的,相信白云大侠(或蓝天大侠)也会
蒋闻铭
行星运动的周期,与它的椭圆轨道的长轴的二分之三次方成正比,这个是开普勒的第三定律。
s
slow_quick
你把开普勒三大定律简化成圆,套用牛顿万有引力+牛顿第二定律+圆周运动,看看能不能算出质量
k
kl3527
你根本不知道“数学分析”这个名称代表的是什么。
s
slow_quick
椭圆的我已经退化不会算了,如果你会算那就更好

牛顿的理论可以推出开普勒三大定律,但确实不能算出行星质量。我们静候蒋大侠说说行星质量是怎么观察到的

白云蓝天
错不错哪里只能凭你的一张嘴,你用开普勒定律自己去算算所有的行星,算出来哪里不对才来提质疑。
k
kl3527
你真是耐心好。我的课,第一次考试就让蠢货和想偷懒学生自己滚蛋。剥夺别人无知的权利和自由,也是不道德的:)
蒋闻铭
说得远是哈:)谢谢。
蒋闻铭
所以我说他无知无畏。:)
白云蓝天
看看ChatGpt是如何讲述开普勒定律的意义的 》》》》》

 

       开普勒定律的重要性在于它们提供了一种定量描述行星运动的方式,使得我们能够计算和理解行星的一些关键参数,包括质量、距离、速度和公转周期。具体来说,开普勒定律在这些方面的作用体现在:

1. 描述行星运动 开普勒定律提供了行星绕太阳运动的基本规律: 第一定律(椭圆定律):行星的轨道是椭圆,太阳位于一个焦点上。这一特性帮助我们理解行星与太阳之间的距离变化。 第二定律(面积定律):行星在轨道上移动时,其与太阳连线扫过的面积在相同时间内是相等的。这一特性帮助我们计算行星在不同位置的速度。 第三定律(和谐定律):行星的公转周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。这一定律可以用于计算行星与太阳之间的相对距离以及行星的质量。 2. 计算行星的质量 根据开普勒第三定律,可以通过已知的公转周期和轨道半长轴,结合牛顿的万有引力定律,间接计算出行星的质量。这一过程通常涉及到行星的卫星运动数据,以提供准确的质量估算。 3. 计算距离和速度 使用开普勒定律,特别是第三定律,我们可以计算行星的轨道半长轴(即与太阳的平均距离)。此外,面积定律使我们能够估算行星在其轨道上的速度变化。 4. 行星运动的预测 开普勒定律允许科学家预测行星在未来某一时刻的位置和速度。这对于航天任务和探测器的轨道设计非常重要。 5. 理解行星之间的关系 开普勒定律提供了一个框架,可以帮助我们理解不同天体之间的相对运动关系,例如行星与其卫星之间的相互作用。 总结

       开普勒定律在天文学中具有重要的基础性作用,能够计算和描述行星的关键参数,包括质量、距离、速度和公转周期。通过这些定律,科学家能够更深入地理解行星的运动规律和系统的结构,为后续的研究和应用打下了坚实的基础。

 

蒋闻铭
又用上了ChatGPT了哈。半年前我考了它一下,问他什么是三体问题,它不懂装懂,乱答一气。被我骂得连连道歉。
蒋闻铭
看起来现在也没什么长进。向您这样用它学知识,只会学出一脑袋浆糊好吗。:)
白云蓝天
比如火星有两颗很小的卫星,一颗直径16公里,一颗8公里,这2颗卫星最大的用处就是使天文学家能够借以计算出火星的准确质量。
蒋闻铭
我有一个写诗的朋友,自己的诗,问Chat GPT谁写的,他回答是辛弃疾写的。把几个朋友,都笑喷了。
蒋闻铭
这个与开普勒定律,没有一毛钱关系。您得读我下面的文章慢慢学习。:)
白云蓝天
好无知!开普勒第三定律就是利用主星和卫星的关系计算出主星的质量。
蒋闻铭
胡说八道。
波粒子3
是你听不懂我的话吧