ASTROGATE |
První Keplerův zákon

Definice

První Keplerův zákon určuje křivky, po níž se planety sluneční soustavy pohybují a zní následovně:

Planety se pohybují kolem Slunce po elipsách, málo odlišných od kružnic. Elipsy planet mají společné ohnisko, v němž se nachází Slunce. Druhá ohniska elips zůstávají prázdná.

Slunce a planety
Obr.1 – Planety se pohybují kolem Slunce po elipsách, které jsou téměr kružnice (body S, E a F jsou velmi blízko k sobě) - 1. Keplerův zákon

Excentricity planet

Abychom si udělali představu toho, jak moc jsou elipsy, podél nichž se planety pohybují, podobné kružnicím, stačí se podívat na jejich relativní excentricity.

Největší relativní excentricitu má trajektorie planety Merkur, přibližně ε = 0,2. Trajektorie planet ve sluneční soustavě jsou tím pádem velmi málo protáhlé elipsy, které vypadají skoro jako kružnice.

Excentricity planet
Obr.2 – Excentricity planet (v obrázku jsou pro zjednodušení namísto elips nakresleny kružnice)

Pojďme si na moment představit, že by elipsy planet měly větší relativní excentricitu, než doopravdy mají – elipsy by tak byly protáhlejší. I v tomto případě by Slunce stále zůstávalo v jejich společném ohnisku a zbylá ohniska nadále prázdná. Elipsy by mohly vypadat podle obrázku níže.

Protáhlé elipsy
Obr.3 – Slunce leží ve společném ohnisku elips (elipsy jsou zde protáhlejší než doopravdy ve sluneční soustavě jsou)

Perihélium a afélium

Bod elipsy, v němž se planeta nachází nejblíže ke Slunci, se nazývá perihélium (přísluní) a jeho vzdálenost od Slunce značíme rp.

perihélium
Obr.4 – Perihélium - bod elipsy nejblíže k Slunci

Bod elipsy, v němž se planeta nachází naopak nejdále od Slunce, se nazývá afélium (odsluní) a jeho vzdálenost od Slunce značíme ra.

afélium
Obr.5 – Afélium - bod elipsy nejdále od Slunce

Vzdálenost k perihéliu snadno vyjádříme pomocí hlavní poloosy a (délkové) výstřednosti

$$ {r_p = a-e} $$
perihélium a jeho vzdálenost ke Slunci
Obr.6 – Vzdálenost perihélia ke Slunci

Podobný vztah můžeme napsat pro vzdálenost afélia ke Slunci

$$ {r_a = a+e} $$
afélium a jeho vzdálenost ke Slunci
Obr.7 – Vzdálenost afélia ke Slunci

Oběžná rovina

Z první Keplerova zákona plyne, že pohyb planet je rovinný, protože opisují elipsy. Elipsa je totiž křivka, která vždy leží v rovině.

Rovinu, v níž planeta obíhá Slunce, nazýváme oběžná rovina. Ta, ve které obíhá Země, má speciální jméno, rovina ekliptiky.

Oběžné roviny jsou pro různé planety obecně odlišné. Například Mars má jinou oběžnou rovinu než Země. I tak jsou ve skutečnosti oběžné roviny jednotlivých planet ve sluneční soustavě vůči sobě minimálně skloněné. Jak plyne z prvního Keplerova zákona, všechny tyto oběžné roviny mají Slunce jako svůj společný bod.

oběžné roviny jednotlivých planet
Obr.8 – Oběžné roviny planet jsou obecně různé

Sklon zemské osy a střídání ročních období

Nakonec přidejme jednu poznámku.

Zemský rovník svírá s rovinou ekliptiky úhel rovný přibližně 23,5°. Naklonění zemské osy vůči kolmici na rovinu ekliptiky má za následek střídání ročních období – v létě je severní polokoule Země osvětlena více než je v zimě.

rovina ekliptiky
Obr.9 - Rovina ekliptiky (oběžná rovina Země kolem Slunce), zemská osa
rovina ekliptiky
Obr.10 - Skloněnná zemská osa vůči rovině ekliptiky má za následky střídání ročních období

K procvičení

1. Podle prvního Keplerova zákona se planety sluneční soustavy pohybují po


2. Trajektorie planet ve sluneční soustavě


3. Elipsy planet ve sluneční soutavě