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2008 年 12 月 5 日
     

火星探奇 (5): 曾經令刻卜勒迷惑的火星軌道
提供者 : 陳輝樺 (NMNS )

說明 :刻卜勒 (Johannes Kepler, 1571.12.27.—1630.11.15.)生於德國, 他早年曾身受 柏拉圖 的影響, 1596 年曾寫過一本名叫《宇宙的神秘, Mysterium Cosmographicum》的書, 書中企圖以 柏拉圖多面體 , 及以球的內接和外切 5 種正多面體( 土星 木星 間為正方體, 木星 火星 間是正四面體, 火星 地球 間是正十二面體, 地球 金星 間是正二十面體, 金星 水星 間是正八面體) 來描述 各行星離太陽距離 的關係, 每一正面體外接於外面那個行星所在的球面,而內接於裡面那個行星所在球面。 以上是刻卜勒年輕時所推理認知各行星與太陽的距離關係,以及他以日心體系繪出的火星運行軌跡。

        自公元前四紀, 亞里斯多德 主張用絕對的 對稱 、 簡單和完美等抽象概念來描述和 理解所觀測到的事物 。 所以到十六世紀,無論是以 太陽 為宇宙中心的 「 日心體系 」, 或是「 第谷體系 」, 行星的運行軌跡都是仍然被想像成「完美的圓形」。 當刻卜勒利用第谷遺留下來的大量觀測資料和星表, 進行新星表編製時,發覺按照正圓軌道編製火星運行表一直行不通。 經過多次的計算分析,刻卜勒發現, 如果 火星 的軌道不是正圓而是橢圓的, 則這些感到矛盾的現象就不再呈現。 歷經長期仔細地複雜計算, 他終於發現:「 行星運行軌道是橢圓的,太陽在它的一個焦點上。」 這就是「 刻卜勒行星第一運動定律 」,又稱為「橢圓軌道定律」。 上圖動畫是說明 行星 太陽 公轉呈圓形軌道和撱圓形軌道的差異。隨後,他也發現 行星 在橢圓的公轉軌道上運行的速度不是固定的常數, 而是在等時間內,行星和 太陽 的聯線所掃過的面積相等, 如上圖所示的兩個藍色區塊面積是相等的。 這就是「 刻卜勒行星第二運動定律 」,又稱為「軌道面積定律」。以及「 行星軌道半徑的三次方與其公轉週期的平方之比值是固定的 」刻卜勒行星第三運動定律

明日主題 : 火星探奇 (6): 1960 年代的水手 (Mariner) 火星探測計畫
天文史上的今天 : 1957 年 12 月 5 日,提出 彗星 起源於「歐特雲」 的著名荷蘭天文學家簡亨德里克歐特 (Jan Hendrik Ooct,1900.4.28.- 1992.12.5.) 逝世。

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主編 : 陳輝樺陳輝樺                 
                            諮詢服務 : 陳輝樺 或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                                                         蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

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