Der Astronom JOHANNES KEPLER (1571-1630) entdeckte die grundlegenden Gesetze der Planetenbewegung. Seine Erkenntnisse sind zusammengefasst in den nach ihm benannten drei keplerschen Gesetzen.
1. keplersches Gesetz: Das 1. keplersche Gesetz beschreibt die Bahnen, auf denen sich Planeten um die Sonne bewegen (Bild 1). Es lautet:
Die Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen. In einem gemeinsamen Brennpunkt steht die Sonne.
Aus diesen Gesetz folgt, dass sich bei der Bewegung
von Planeten um die Sonne der Abstand Planet-Sonne ständig ändert.
So beträgt beispielsweise für die Erde der geringste Abstand
von der Sonne 147,1 Mio. Kilometer (Perihel, Anfang Januar) und die größte
Entfernung 152,1 Mio. Kilometer (Aphel, Anfang Juli). Die mittlere Entfernung
der Erde von der Sonne hat einen Wert von 149,6 Mio. Kilometer. Diese
Entfernung wird als Astronomische Einheit
(Abkürzung: 1 AE) bezeichnet.
Man beachte: Wenn man z.B. die
Bahn der Erde maßstabsgerecht auf einem Blatt Papier zeichnet, dann
ist die Abweichung vom Kreis nicht mehr erkennbar. Die in den Skizzen
üblichen Ellipsen übertreiben die tatsächlichen Verhältnissse
sehr.
2. keplersches Gesetz: Das 2. keplersche Gesetz macht Aussagen über die Bewegung von Planeten längs ihrer Bahn. Es lautet:
Die Verbindungslinie Sonne-Planet überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen.
Aus
diesem Gesetz folgt, das sich die Planeten auf ihrer Bahn mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit bewegen. In Sonnennähe sind sie schneller als in
Sonnenferne. Für die Erde betragen diese Geschwindigkeiten 29,3 km/s
in Sonnenferne (Juni/Juli) und 30,3 km/s in Sonnennähe (Dezember/Januar).
3.
keplersches Gesetz: Das 3. keplersche Gesetz beschreibt den Zusammenhang
zwischen der Größe der Bahn und der Zeit für einen Umlauf
um die Sonne.
Es lautet:
Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten verhalten sich wie die dritten Potenzen der großen Halbachsen ihrer Bahnen.
Mithilfe dieses Gesetzes können aus den beobachtbaren Umlaufzeiten der Planeten um die Sonne die wahren Dimensionen des Planetensystems hergeleitet werden. Insbesondere folgt aus diesem Gesetz, dass die Bahngeschwindigkeit von Planeten mit wachsendem Abstand von der Sonne abnimmt. So bewegt sich z. B. Merkur als sonnennächster Planet schneller um die Sonne als die Erde. Die Erde bewegt sich ihrerseits schneller um die Sonne als die sonnenfernen Planeten Saturn oder Pluto.
Beachte: Die keplerschen
Gesetze gelten nicht nur für die Bewegung von Planeten, sondern für
alle Bewegungen von Himmelskörpern um einen Zentralkörper,
also z.B. auch für die Bewegung eines künstlichen Satelliten
um die Erde.