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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Lois du mouvement planétaire. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Les planètes, en raison de leurs mouvements extérieurs complexes, ont joué un rôle décisif dans l'astronomie et en général dans la construction des bases de la mécanique et de la physique. Même les anciens astronomes grecs ont soulevé la question de savoir si les mouvements complexes observés à travers le ciel ne sont que le reflet des mouvements plus réguliers des planètes dans l'espace. A partir de ce moment commence la construction théorique des schémas du système planétaire, ou, comme nous l'avons dit plus haut, de la cinématique des mouvements planétaires dans l'espace. L'un des premiers coperniciens, le mathématicien et astronome allemand Erasmus Reingold (1511-1553) compilé en 1551, basé sur le système héliocentrique Copernic, tables du mouvement des planètes, qu'il appela "Tables prussiennes". Ces tableaux se sont avérés plus précis que tous les précédents basés sur des schémas anciens, ce qui a grandement contribué au renforcement de l'idée d'héliocentrisme, qui se fraye très difficilement un chemin à travers les vues établies depuis des siècles et familière à cette époque, tout en surmontant la pression idéologique réactionnaire de l'Église. Néanmoins, les astronomes ont rapidement découvert un décalage entre ces tables et les données d'observation sur le mouvement des corps célestes. Pour les scientifiques avancés, il était clair que les enseignements de Copernic étaient corrects, mais il était nécessaire d'enquêter plus profondément et de découvrir les lois du mouvement planétaire. Ce problème a été résolu par le grand scientifique allemand Kepler. Johannes Kepler (1571-1630) est né dans la petite ville de Vejle près de Stuttgart. Kepler est né dans une famille pauvre, et donc, avec beaucoup de difficulté, il a réussi à terminer ses études et à entrer à l'Université de Tübingen en 1589. Ici, il a étudié avec enthousiasme les mathématiques et l'astronomie. Son professeur, le professeur Mestlin, était secrètement un disciple de Copernic. Bien sûr, à l'université, Mestlin a enseigné l'astronomie selon Ptolémée, mais à la maison, il a initié son élève aux bases du nouvel enseignement. Et bientôt Kepler devint un ardent et fervent partisan de la théorie copernicienne. Contrairement à Maestlin, Kepler n'a pas caché ses opinions et ses convictions. La propagande ouverte des enseignements de Copernic lui valut très vite la haine des théologiens locaux. Avant même d'avoir obtenu son diplôme universitaire, en 1594, Johann fut envoyé pour enseigner les mathématiques dans une école protestante de la ville de Graz, la capitale de la province autrichienne de Styrie. Déjà en 1596, il publie The Cosmographic Secret, où, acceptant la conclusion de Copernic sur la position centrale du Soleil dans le système planétaire, il tente de trouver un lien entre les distances des orbites planétaires et les rayons des sphères, dans lesquelles des polyèdres réguliers sont inscrits dans un certain ordre et autour desquels sont décrits. Malgré le fait que ce travail de Kepler était encore un modèle de sophistication scolastique, quasi scientifique, il a fait la renommée de l'auteur. Le célèbre astronome-observateur danois Tycho Brahe (1546-1601), qui était sceptique quant au projet lui-même, a rendu hommage à la pensée indépendante du jeune scientifique, à sa connaissance de l'astronomie, à ses compétences et à sa persévérance dans les calculs et a exprimé le désir de le rencontrer. La réunion qui a eu lieu plus tard a été d'une importance exceptionnelle pour le développement ultérieur de l'astronomie. En 1600, Brahe, arrivé à Prague, proposa à Johann un poste d'assistant pour les observations du ciel et les calculs astronomiques. Peu de temps auparavant, Brahe a été contraint de quitter son Danemark natal et l'observatoire qu'il y a construit, où il a effectué des observations astronomiques pendant un quart de siècle. Cet observatoire était équipé des meilleurs instruments de mesure, et Brahé lui-même était un observateur des plus habiles. Le scientifique était très intéressé par les enseignements de Copernic, mais il n'était pas un partisan. Il proposa sa propre explication de la structure du monde : il reconnut les planètes comme des satellites du Soleil, et considéra le Soleil, la Lune et les étoiles comme des corps tournant autour de la Terre, derrière lesquels, ainsi, la position du centre de l'univers entier a été préservé. Brahe ne travailla pas longtemps avec Kepler : il mourut en 1601. Après sa mort, Kepler a commencé à étudier les matériaux restants avec des données d'observations astronomiques à long terme. En travaillant sur eux, en particulier sur des matériaux sur le mouvement de Mars, Kepler a fait une découverte remarquable : il a dérivé les lois du mouvement planétaire, qui sont devenues la base de l'astronomie théorique. Le point de départ de Kepler était une comparaison de la théorie et des observations. Le fait est qu'à la fin du XVIe siècle, les tables prussiennes, compilées, comme mentionné ci-dessus, ont commencé à prédire le mouvement des planètes de manière très imprécise.Les positions des planètes observées et calculées à partir de ces tables différaient de 4 à 5 degrés , ce qui était inacceptable dans la pratique astronomique. Il s'ensuit que la théorie planétaire de Copernic doit être corrigée et complétée. Au départ, Kepler s'est engagé dans la voie d'affiner et de compliquer le schéma copernicien. Bien sûr, il était profondément convaincu de la vérité du principe de l'héliocentrisme et commença à sélectionner de nouvelles combinaisons de cercles (épicycles, excentriques). Il a réussi à capter, au final, une telle combinaison que son schéma a donné une erreur par rapport aux observations jusqu'à 8 minutes. Mais Kepler était sûr que Tycho Brahe ne pouvait pas faire de telles erreurs dans ses observations. Par conséquent, Kepler a conclu que la théorie était "coupable" parce qu'elle n'était pas d'accord avec la pratique astronomique. Il a complètement abandonné le schéma basé sur les épicycles et les excentriques, et a commencé à chercher d'autres schémas. Kepler est arrivé à la conclusion que l'opinion établie depuis l'Antiquité sur la forme circulaire des orbites planétaires était incorrecte. Grâce à des calculs, il a prouvé que les planètes ne se déplacent pas en cercles, mais en ellipses - des courbes fermées dont la forme est quelque peu différente de celle d'un cercle. En résolvant ce problème, Kepler a dû faire face à un cas qui, d'une manière générale, ne pouvait pas être résolu en utilisant les méthodes mathématiques des quantités constantes. Il s'agissait de calculer l'aire du secteur du cercle excentrique. Si ce problème est traduit en langage mathématique moderne, nous arrivons à une intégrale elliptique. Naturellement, Kepler n'a pas pu donner de solution au problème des quadratures, mais il n'a pas abandonné face aux difficultés qui ont surgi et a résolu le problème en additionnant un nombre infiniment grand d'infinitésimaux « actualisés ». À l’époque moderne, cette approche visant à résoudre un problème pratique important et complexe représentait la première étape de la préhistoire de l’analyse mathématique. La première loi de Kepler suggère que le Soleil n'est pas au centre de l'ellipse, mais en un point spécial appelé foyer. Il s'ensuit que la distance de la planète au Soleil n'est pas toujours la même. Puisqu’une ellipse est une figure plate, la première loi implique que chaque planète se déplace en restant tout le temps dans le même plan. La deuxième loi ressemble à ceci : le rayon vecteur de la planète (c'est-à-dire le segment reliant le Soleil et la planète) décrit des aires égales dans des intervalles de temps égaux. Cette loi est souvent appelée loi des aires. La deuxième loi indique, tout d'abord, le changement de vitesse de la planète sur son orbite : plus la planète se rapproche du Soleil, plus elle se déplace rapidement. Mais cette loi donne en fait plus. Il détermine entièrement le mouvement de la planète sur son orbite elliptique. Les deux lois de Kepler sont devenues la propriété de la science depuis 1609, date à laquelle sa célèbre « Nouvelle Astronomie » a été publiée - un énoncé des fondements de la nouvelle mécanique céleste. Cependant, la sortie de cette œuvre merveilleuse n'a pas immédiatement attiré l'attention : même le grand Galilée, apparemment, jusqu'à la fin de ses jours n'a pas accepté les lois de Kepler. Kepler a intuitivement senti qu'il existait des modèles reliant l'ensemble du système planétaire dans son ensemble. Et il recherche ces modèles depuis dix ans depuis la publication de New Astronomy. L'imagination la plus riche et l'énorme diligence de Kepler l'ont conduit à sa troisième loi, qui, comme les deux premières, joue un rôle vital en astronomie. Kepler publie L'Harmonie du monde, où il formule la troisième loi des mouvements planétaires. Le scientifique a établi une relation stricte entre le temps de révolution des planètes et leur distance au Soleil. Il s'est avéré que les carrés des périodes de révolution de deux planètes autour du Soleil sont liés les uns aux autres comme les cubes de leurs distances moyennes au Soleil. C'est la troisième loi de Kepler. "La troisième loi de Kepler joue un rôle clé dans la détermination des masses des planètes et des satellites", écrivent E.A. Grebennikov et Yu.A. Ryabov dans leur livre. "En effet, les périodes de révolution des planètes autour du Soleil et leurs distances héliocentriques sont déterminées à l'aide de méthodes spéciales de traitement mathématique observations, et les masses des planètes ne peuvent pas être obtenues directement à partir d'observations. Nous ne disposons pas d'échelles cosmiques grandioses, d'un côté desquelles nous placerions le Soleil et de l'autre les planètes. La troisième loi compense l'absence de telles échelles cosmiques, puisqu'avec son aide nous pouvons facilement déterminer les masses des corps célestes formant un système unique. Les lois de Kepler sont également remarquables dans le sens où elles sont, pour ainsi dire, plus précises que la réalité elle-même. Ils représentent les lois mathématiques précises du mouvement pour un « système solaire » idéalisé dans lequel les planètes sont des points matériels de masse infinitésimale par rapport au « Soleil ». En réalité, les planètes ont une masse appréciable, de sorte que leur mouvement réel s'écarte des lois de Kepler. Cette situation se produit dans le cas de nombreuses lois physiques désormais connues. Aujourd'hui, nous pouvons dire que les lois de Kepler décrivent avec précision le mouvement de la planète dans le cadre du problème à deux corps, et que notre système solaire est un système multi-planétaire, donc pour lui ces lois ne sont qu'approximatives. Il est également paradoxal que ce soit pour Mars, dont les observations ont conduit à leur découverte, que les lois de Kepler soient remplies avec moins de précision. Les travaux de Kepler sur la création de la mécanique céleste ont joué un rôle majeur dans l'approbation et le développement des enseignements de Copernic. Il a préparé le terrain pour des recherches ultérieures, en particulier pour la découverte Newton la loi de la gravitation universelle. Les lois de Kepler conservent toujours leur importance : ayant appris à prendre en compte l'interaction des corps célestes, les scientifiques les utilisent non seulement pour calculer les mouvements des corps célestes naturels, mais surtout artificiels, comme les vaisseaux spatiaux, témoins de l'émergence et l'amélioration dont notre génération est. Auteur : Samin D.K.
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