【なぜ太陽の周りを回る?】太陽系の惑星 ~ケプラーの法則~

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昔の人々は、地球は宇宙の中心にあり太陽が地球の周りを回っていると信じていました。

16世紀にニコラウス・コペルニクスが地球が太陽の周りを回っているという地動説を唱えましたが、暫くの間は天動説が信じられる傾向にありました。

なぜなら、コペルニクスの地動説は、惑星の軌道を円で考えていたため、計算で惑星の位置を予測する事が出来なかった為です。

その疑問を解決へ導いたのは、ヨハネス・ケプラーでした。

ここでは、地動説を定着させた「ケプラーの法則」はどのような法則なのか、お伝えします。



ケプラーの3法則

ケプラーの研究方法は、まず火星のデータを用いて、地球や火星が太陽の周りをどのように回っているのかを計算しました。

当初はコペルニクスと同様で、惑星の軌道を等速円運動していると仮定して計算していましたが、どうしても観測データを計算結果がずれてしまいます。

数年かけて得られた結果からわずかなずれを見逃す事なく、この考え方ではダメだと感じ、そもそもの考え方を変え、彼は等速円運動という考えを捨てたのです。

数年間に及ぶ計算の末、ケプラーはついに「惑星はだ円軌道を回っている」という結論にたどり着きました。

以後、ケプラーが得た結論を3つの法則にまとめ、1619年に「ケプラーの法則」として世の中に発表されました。

第1の法則「楕円運動の法則」

だ円には二つの「焦点」があります。(※「焦点」:「二つの点からの距離の和が等しい点」で図形を描くとだ円になります。その二つの点を焦点と呼びます。)

その片方に太陽が位置しており、もう一方の焦点には何もありません。

ですので、必然的に惑星は太陽に近づいたり遠ざかったりするわけなのです。

第2の法則「面積速度一定の法則」

簡単に言えば、惑星は太陽に近い時には速く動き、太陽から遠くでは遅く動くという事です。

例えば、下図のように「ア」と「イ」の面積が等しくなる為には、天体は、図の太陽に近い左側にいるときが速く、右側にいるときが遅くならねばならないのです。

第3の法則「調和の法則」

惑星の公転周期の2乗とだ円の長軸の3乗の比率はどの惑星でも同じ値をとるという事です。

つまり、公転周期が長い惑星は、太陽から遠い軌道を回っているという事です。

ケプラーの法則がなぜ成り立つのか

上記のケプラーの法則は、大量のデータによって説明される「経験による法則」であって、なぜそのような法則が成り立つのか、という事までは示されていません。

しかしながら、それまでの天動説や、コペルニクスによる地動説に比べてより正確に惑星の運動を示す事が出来た為、当時の人々に与えた衝撃は大きかったといいます。

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