Wie machte Kepler seine Entdeckung?

Es wird oft gesagt, dass er Tychos Daten verwendet hat.

Aber die scheinbare Bewegung eines Planeten ist chaotisch, richtig? Der Grund ist einfach, dass wir auf der Erde leben und von ihr aus beobachten, aber nicht die Sonne.

Wie gelang es ihm also, die elliptischen geschlossenen regelmäßigen Umlaufbahnen der Planeten aus den Originaldaten von Tycho wiederherzustellen? Irgendeine gute Referenz?

Alexandre Koyré, The Astronomical Revolution: Copernicus - Kepler - Borelli (Originalausgabe, 1961).

Antworten (1)

Die Bewegung der Planeten ist nicht "chaotisch". Sonst wäre eine Vorhersage nicht möglich. Die Planeten bewegen sich nach den Kepler-Gesetzen mit sehr guter Genauigkeit.

Genau genommen hängt die Beschreibung der Bewegung als regelmäßig oder chaotisch von der Zeitskala ab. Auf der Skala von wenigen tausend Jahren ist es sehr regelmäßig und gehorcht den Kepler-Gesetzen. Abweichungen von dieser regelmäßigen Bewegung sind gering. Zur Zeit Keplers wurden sie nicht beobachtet.

Im 18. und 19. Jahrhundert wurden diese Abweichungen beobachtet, anhand der Newtonschen Gesetze erklärt und ermöglichten die Entdeckung neuer Planeten.

Aber sie können sich mit der Zeit ansammeln. Es gab eine lange Diskussion darüber, ob sie sich tatsächlich ansammeln oder nicht (das heißt, ob das mathematische Modell des Sonnensystems auf der Grundlage der Newtonschen Gesetze stabil ist oder nicht. Diese Diskussion ist noch nicht abgeschlossen).

Wenn wir stattdessen die Größenordnung von Milliarden Jahren betrachten, sieht es möglicherweise viel komplizierter aus. Aber ob es wirklich chaotisch ist oder nicht (im Maßstab von Milliarden Jahren), wissen wir nicht wirklich, und die Frage hat wenig praktische Bedeutung, da unser Sonnensystem nur wenige Milliarden Jahre alt ist.

Die Frage, wie Kepler seine Gesetze auf der Grundlage von Brahes Beobachtungen herleitet, wurde auf dieser Seite diskutiert:

Aus welchen Daten hat Kepler seine Gesetze herausgearbeitet?

Die beste Quelle dafür ist Keplers Astronomia Nova selbst. Es gibt eine englische Übersetzung. Darin beschrieb Kepler sehr detailliert, wie er nach SEHR vielen Versuchen das richtige Gesetz herausfand. Im Gegensatz zu den meisten anderen Autoren beschreibt er den gesamten Prozess, einschließlich aller seiner Fehler, nicht nur das Endergebnis.

BEARBEITEN. Um zu erklären, was und wie Kepler tat, auch nur sehr grob, braucht man etwas Hintergrundwissen in der Geschichte der Astronomie und etwas mehr Platz, als hier erlaubt ist. Also verlinke ich eine Datei mit einer nicht-technischen Erklärung mit wesentlichem Hintergrund:

http://www.math.purdue.edu/~eremenko/dvi/kepler.pdf

Mit chaotisch meine ich eigentlich unregelmäßig oder einfach nicht geschlossen. Zum Beispiel zeigt die scheinbare Bewegung des Mars prograd und retrograd. Es sollte niemals schließen. Ich denke, darum geht es in Tychos Originaldaten. Wie können Sie aus dieser Art von Daten zu den Kelper-Gesetzen gelangen?
Diese komplizierte Bewegung zerfällt tatsächlich in einfachere: eine periodische, fast kreisförmige Bewegung der Erde und eine ähnliche Bewegung des Mars um die Sonne. Dies gelang bereits Ptolemäus und Kopernikus. Das Problem war, dass die Pfade nicht genau Kreise sind und die Bewegung nicht genau gleichförmig ist. Die verfügbaren Daten waren im Wesentlichen viele Winkel Sonne-Erde-Marth, die zu verschiedenen Zeiten gemessen wurden. Aus diesen Daten ist es möglich, die Form der beiden Trajektorien (sie erwiesen sich als Ellipsen) und das Bewegungsgesetz (Gesetz der gleichen Fläche) zu bestimmen. Dies erforderte jedoch Einsichten und viel Berechnung.