开普勒行星运动定律

在人们还不明白行星为何运动之前，约翰内斯·开普勒盯着数十年来对火星的辛勤观测，提出了一个更朴素的问题：行星实际上画出怎样的形状与节奏？在十七世纪初，他没有现代望远镜，也没有任何引力理论，却发现了三条行星顽强遵守的简单规律。这是宇宙之舞的舞步，在人们还不懂音乐之前就被记录了下来。

第一定律说，每颗行星沿椭圆运行——一个被轻轻压扁的圆——太阳位于两个焦点之一，而不在中心。第二定律说，行星在相等时间内扫过相等的面积，这其实是在生动地说：它靠近太阳时变快，远离太阳时变慢。第三定律把行星的轨道周期 P 与轨道大小（半长轴 a）联系起来：P 的平方与 a 的立方成正比。用整齐的单位表示，若 a 以天文单位（地日距离）计、P 以年计，则 P^2 = a^3。地球：1^2 = 1^3。火星 a = 1.52 天文单位，周期约 1.88 年，而 1.88^2 确实接近 1.52^3。

开普勒定律纯属经验性的——是描述，而非解释。它们重要，是因为后来牛顿证明这三条都能从一个更深的思想（万有引力定律）中导出，把三个被观测到的巧合化为一条自然定律。同样的三条定律支配着绕行星的卫星、双星系统中的恒星，以及遥远太阳周围的系外行星——这正是我们称量那些遥远世界的方法。