为什么行星运动轨迹是椭圆，而不是圆形？牛顿之前没人能解释
怪罗科普2020-02-23 23:23
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。
似乎圆形给我们的感觉就是合理，行星运动的轨道也一样，许多天文学家或数学家为此绞尽脑汁，要么理所当然地当作圆形，要么想不明白。
好吧，这确实是椭圆的，至于为什么是椭圆的，这是一个数学问题，我查阅了一些资料，可以用一个通俗易懂的方式来解释这种轨道现象。
星图历史
从亚里士多德(Aristotle)到哥白尼(Copernicus)，每一个建立了太阳系模型的人都喜欢圆来表达。
虽然哥白尼正确地推断出地球绕着太阳转，而不是太阳绕着地球转，但他还是在他的行星运动模型中使用了圆。
在哥白尼之后，由丹麦国王资助的第谷·布拉赫拥有当时最好的观测恒星和行星运动轨迹的设备，以及一个大型的私人天文台来获取极其精确数据。
当时只有他能够制作出比任何人都精确十倍的星图，但比他稍微晚一点的开普勒比他更优秀，因为他还是数学家。
开普勒迫切地想要得到布拉赫的星图，以及他的天文台和设备的使用权，也正因为如此，许多人认为是开普勒毒害了布拉赫。
当开普勒终于拥有了布拉赫的一切后，他更准确地研究太阳系，他计算出行星运动轨道椭圆的合理性，但他仍然不知道为什么行星是椭圆运动的。
之后我们的主角登场了，他就是牛顿，在艾萨克·牛顿用微积分来回答这个问题前，没有人知道行星为什么会在椭圆轨道上运行。
微积分解释了行星为什么在椭圆轨道上运行，但毕竟很多人想到数学就头痛，那就继续往下看吧。
图为：第谷浑仪简单通俗的解释
一种解释这种轨道的方法是从飞机上丢硬币的假设，当硬币落向地面时，它会越来越快地下落(这里忽略空气阻力，在不忽略阻力的情况下它很可能达到终端速度)，直到它撞击地面。
现在，如果以更快的速度在飞机上以不同的角度抛出硬币，这样它只会接近地球而不是掉到地面，实际上它会开始绕地球轨道运行。
开始硬币会越来越快地下落，直到它经过地球，然后，就像一颗子弹射向空中，硬币会在飞过地球后开始减速。
根据开普勒第二定律，硬币的最快速度是在最接近地球的地方(近地点)，最慢速度是最远点。
物体在轨道上运行的基本原理是：当它们靠近它们轨道上的物体时，它们会越来越快；
就像我们的硬币，开始会越来越快，一旦它绕着地球飞过来，就会被扔到很远的地方，然后就会慢下来。
硬币的运动就像弹簧一样，向行星下落，然后飞走，但与此同时，它以弹簧运动的方式做圆周运动。
所有轨道都有一个周期，在每个轨道上，这种先靠近后远离的运动就形成了一个椭圆。
最后
轨道上运动的物体，速度在最近的点最大，在最远的点最小，这是最合理的。
想象一下，低速使它靠近，而高速使它远离，而轨道上物体的总能量(动能加上势能)保持不变。
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