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Explorez les lois du mouvement de Johannes Kepler

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Tout dans l'univers est en mouvement. Les lunes gravitent autour des planètes, qui à leur tour gravitent autour des étoiles. Des millions et des millions d'étoiles gravitent autour des galaxies, et à très grande échelle, les galaxies gravitent en grappes géantes. À l’échelle du système solaire, on remarque que la plupart des orbites sont en grande partie elliptiques (une sorte de cercle aplati). Les objets plus proches de leurs étoiles et planètes ont des orbites plus rapides, tandis que les plus éloignés ont des orbites plus longues.

Les observateurs du ciel ont mis longtemps à comprendre ces mouvements, et nous les connaissons grâce au travail d'un génie de la Renaissance nommé Johannes Kepler (qui a vécu de 1571 à 1630). Il regarda le ciel avec une grande curiosité et un besoin brûlant d'expliquer les mouvements des planètes alors qu'elles semblaient errer dans le ciel.

Qui était Kepler?

Kepler était un astronome et mathématicien allemand dont les idées altéraient fondamentalement notre compréhension du mouvement des planètes. Son travail le plus connu découle de son emploi par l'astronome danois Tycho Brahe (1546-1601). Il s'installe à Prague en 1599 (alors siège de la cour de l'empereur allemand Rudolf) et devient astronome de la cour. Là, il a engagé Kepler, qui était un génie mathématique, pour effectuer ses calculs.

Kepler avait étudié l'astronomie bien avant sa rencontre avec Tycho. il préférait la vision copernicienne du monde selon laquelle les planètes graviteraient autour du Soleil. Kepler a également correspondu avec Galilée au sujet de ses observations et conclusions.

Finalement, basé sur son travail, Kepler écrivit plusieurs ouvrages sur l'astronomie, notamment Astronomia Nova, Harmonices Mundi, et Incarnation de l'astronomie copernicienne. Ses observations et calculs ont inspiré les générations futures d’astronomes à s’appuyer sur ses théories. Il a également travaillé sur des problèmes d'optique et a notamment inventé une meilleure version du télescope réfracteur. Kepler était un homme profondément religieux et croyait également à certains principes de l'astrologie pendant une période de sa vie.

La tâche laborieuse de Kepler

Tycho Brahe a confié à Kepler le travail d'analyse des observations que Tycho avait faites de la planète Mars. Ces observations incluaient des mesures très précises de la position de la planète, qui ne concordaient ni avec les mesures de Ptolémée ni avec celles de Copernic. De toutes les planètes, la position prédite de Mars avait les plus grandes erreurs et posait donc le plus gros problème. Les données de Tycho étaient les meilleures disponibles avant l'invention du télescope. En payant Kepler pour son assistance, Brahe protégeait jalousement ses données et Kepler avait souvent du mal à obtenir les chiffres dont il avait besoin pour faire son travail.

Données précises

À la mort de Tycho, Kepler parvint à obtenir les données d'observation de Brahe et tenta de déchiffrer leur signification. En 1609, l'année même où Galileo Galilei a tourné son télescope vers le ciel, Kepler a eu un aperçu de ce qu'il pensait être la solution. La précision des observations de Tycho était suffisante pour permettre à Kepler de montrer que l'orbite de Mars conviendrait parfaitement à la forme d'une ellipse (une forme allongée du cercle, presque en forme d'œuf).

Forme du chemin

Sa découverte fait de Johannes Kepler le premier à comprendre que les planètes de notre système solaire se déplacent dans des ellipses, pas des cercles. Il poursuivit ses investigations, développant finalement trois principes de mouvement planétaire. Celles-ci sont devenues connues sous le nom de lois de Kepler et ont révolutionné l'astronomie planétaire. De nombreuses années après Kepler, Sir Isaac Newton a prouvé que les trois lois de Kepler étaient un résultat direct des lois de la gravitation et de la physique qui régissent les forces à l'œuvre entre divers corps massifs. Alors, quelles sont les lois de Kepler? Voici un bref aperçu de ces mouvements, en utilisant la terminologie utilisée par les scientifiques pour décrire les mouvements orbitaux.

Première loi de Kepler

La première loi de Kepler stipule que "toutes les planètes se déplacent sur des orbites elliptiques avec le Soleil sur un foyer et l’autre vide." Ceci est également vrai des comètes qui gravitent autour du Soleil. Appliqué aux satellites de la Terre, le centre de la Terre devient un foyer et l’autre est vide.

Deuxième loi de Kepler

La seconde loi de Kepler s'appelle la loi des zones. Cette loi stipule que "la ligne reliant la planète au Soleil balaie des zones égales à intervalles de temps égaux". Pour comprendre la loi, réfléchissez au moment où un satellite orbite. Une ligne imaginaire la reliant à la Terre parcourt des zones égales en des périodes de temps égales. Les segments AB et CD prennent le même temps à parcourir. Par conséquent, la vitesse du satellite change en fonction de sa distance au centre de la Terre. La vitesse est la plus grande au point situé sur l'orbite la plus proche de la Terre, appelée périgée, et la plus lente au point le plus éloigné de la Terre, appelée apogée. Il est important de noter que l'orbite suivie par un satellite ne dépend pas de sa masse.

La troisième loi de Kepler

La 3ème loi de Kepler s'appelle la loi des périodes. Cette loi relie le temps nécessaire à une planète pour effectuer un voyage complet autour du Soleil à sa distance moyenne du Soleil. La loi stipule que "pour toute planète, le carré de sa période de révolution est directement proportionnel au cube de sa distance moyenne au Soleil". Appliquée aux satellites de la Terre, la troisième loi de Kepler explique que plus un satellite est éloigné de la Terre, plus il lui faudra longtemps pour mener à bien une orbite, plus grande sera la distance parcourue pour l'achèvement d'une orbite et plus sa vitesse moyenne sera lente. Une autre façon de penser à cela est que le satellite se déplace plus rapidement lorsqu'il est le plus proche de la Terre et plus lentement lorsqu'il est plus éloigné.

Édité par Carolyn Collins Petersen.


Voir la vidéo: How centuries of sci-fi sparked spaceflight. Alex MacDonald (Juin 2022).


Commentaires:

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