Wie wurden die Umlaufbahnen von Planeten erstmals kartiert?

Ich denke, Ihre Frage deckt viel ab, weil Sie sie aus zwei verschiedenen Perspektiven stellen.

Wie wurden die Umlaufbahnen von Planeten erstmals kartiert?

und

Woher wissen wir, an welcher Position im Weltraum sich ein Planet zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet, damit Raumschiffreisen zu Planeten geplant werden können usw.

Dies sollten wahrscheinlich getrennte Fragen sein, da sie ziemlich unterschiedlich sind.

Das erste zuerst, hier ist ein bisschen Geschichte : Mithilfe der Parallaxe konnte Hipparchus um 200 v. Chr. eine ziemlich gute Schätzung der Entfernung zum Mond erhalten. Die Entfernung zur Sonne war viel schwieriger, aber Aristarch entwickelte als erster eine Methode, und andere konnten sie verbessern, um genauere Messungen zu erhalten.

Die relativen Umlaufbahnen der Planeten waren nicht schwer zu berechnen, sobald man einen davon hatte, mehr dazu hier .

Wir können die Länge eines Jahres auf Merkur oder Venus ziemlich einfach messen, ebenso wie ihren relativen Winkel zur Sonne (obwohl die Umlaufbahn von Merkur ziemlich exzentrisch ist, sollten Sie mehrere Messungen durchführen). Sogar das verrückte kopernikanische Modell mit nur Kreisen über anderen Kreisen machte ziemlich gute Entfernungsberechnungen mit der Sonne im Zentrum und den Planeten, die die Sonne umkreisen.

Kepler war der Erste, der erkannte, dass die Planeten auf leicht unterschiedlichen Bahnebenen umkreisten, und nach allem, was ich gelesen habe, war Kepler stolzer auf diese Entdeckung als auf die Entdeckung der elliptischen Umlaufbahnen, an die er sich am häufigsten erinnert. Die Kombination aus leicht unterschiedlichen Orbitalebenen und elliptischen Umlaufbahnen und Braches verbesserter Genauigkeit seiner Messungen war ein großer Fortschritt in der Planetenkartierung. Kepler hatte die Entfernung zur Sonne immer noch nicht genau berechnet, aber er fand das Modell für Planetenbahnen heraus. Danach ging es nur noch darum, die Distanzmessungen zu verbessern.

Wie die NASA es jetzt macht. Ich bin kein Experte, also kann jemand anderes das vielleicht besser beantworten. Es wird ziemlich mathematisch, 3 Positionsvektoren, 3 Richtungsvektoren und Geschwindigkeitsänderungen basierend auf der Position, aber wir haben jetzt fast punktgenaue Lasermessungen.

Ich würde auch gerne wissen, wie dies auf primitivste Weise geschehen könnte, und wenn es überhaupt möglich ist, könnte dies nur mit Mathematik und einfachen Messwerkzeugen erfolgen, ohne dass Vorkenntnisse über die Positionen der Planeten vorausgesetzt werden.

Es kommt darauf an, was man unter primitiv versteht. Galileos Teleskop ermöglichte es ihm, Phasen der Venus zu sehen, und das ist ohne ein Teleskop nicht möglich. Das Teleskop ermöglichte es Galileo auch, 4 von Jupiters Monden zu sehen, die Jupiter und nicht die Erde umkreisen.

Aristarch versuchte, den Unterschied im Schatten der Sonne zwischen der Erde und dem Mond zu beobachten, und er schätzte, dass die Sonne etwa 18-20 Mal weiter entfernt war als der Mond. Einzelheiten hier . Zu seiner Ehre hat er erfolgreich abgeleitet, dass die Sonne viel weiter entfernt ist als der Mond, und er schätzte das Winkelverhältnis auf 87 Grad, obwohl es 89,83 Grad betrug. Trotz seiner Bemühungen lag seine Schätzung etwa um den Faktor 20 daneben, in der Entfernung lag er jedoch nur um 2,83 Grad daneben.

Brahe verwendete die beste Ausrüstung, die ihm damals zur Verfügung stand, viele davon wurden speziell für seine Beobachtungen hergestellt. Mehr dazu hier . Brahe hatte auch den Vorteil, genaue Zeitmesser zu haben.

Brahe glaubte an das ptolemäische Modell, aber er war nicht in der Lage, es mit seinen Daten in Einklang zu bringen, und er drängte Kepler, es herauszufinden, wenn er alt war und wusste, dass er es nicht selbst herausfinden würde. (Es gibt Gerüchte, dass Kepler Brahe vergiftet hat, um mehr Anerkennung für sich selbst zu bekommen, aber ich glaube nicht, dass das wirklich passiert ist, Brahes Körper wurde einige Zeit später sogar exhumiert, um diese Theorie zu testen, aber es wurden keine Spuren von Gift gefunden).

Kepler mochte im Gegensatz zu Brahe das kopernikanische Modell, aber er konnte es nicht zum Laufen bringen, weil er an kopernikanische Kreise glaubte. Er versuchte es mit Ellipsen, mehr aus Verzweiflung, weil er Kreise nicht zum Laufen bringen konnte und das Ellipsenmodell mit den Daten übereinstimmte. Kepler hatte nicht nur Brahes, sondern jahrelange Aufzeichnungen von Copernicus, mit denen er arbeiten konnte, sowie Beobachtungen, die ihnen vorausgingen, einige gingen bis ins antike Griechenland zurück.

Ich bin mir nicht sicher, ob es möglich wäre, ohne gute Ausrüstung herauszufinden, dass Planeten elliptische Umlaufbahnen haben und wie weit sie von der Erde entfernt sind. Kepler hatte viel zu tun und war entschlossen, eine einfache Erklärung zu finden.

Hoffe das ist nicht zu wortreich. Ich kann versuchen, es etwas später zu reinigen, wenn Sie möchten.