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Physik: Himmelsmechanik - die Keplerschen Gesetze einfach erklärt

Die Keplerschen Gesetze zur Himmelsmechanik gehören zu den Meilensteinen der Astrophysik und waren maßgeblich an der Entstehung unseres heutigen Weltbildes beteiligt. Doch was besagen diese Gesetze eigentlich? Hier erfahren Sie deren Inhalt und Hinweise darüber, was Sie bei ihrer Vermittlung beachten sollten.

Für die Astronomie waren Keplers Erkenntnisse höchst bedeutsam.
Für die Astronomie waren Keplers Erkenntnisse höchst bedeutsam.

Über Keplers Bedeutung für die Astrophysik

Wenn Sie die Tragweite der Keplerschen Himmelsmechanik verstehen oder vermitteln wollen, kommen Sie nicht drum herum, sich ein wenig mit dem Weltbild der damaligen Zeit auseinanderzusetzen. Nur so können Sie die Relevanz der Gesetze für die Physik verstehen.

  • Erst 1509 hatte Nikolaus Kopernikus entdeckt, dass das bis dato vorherrschende geozentrische Weltbild, bei dem alle Planeten und die Sonne um die Erde kreisen, falsch ist. So bahnbrechend diese Erkenntnis war, so hatte sie doch einen Schönheitsfehler, denn bei Kopernikus beschrieben die Planeten exakte Kreise um die Sonne, was zu vielen ungenauen Vorhersagen führte.
  • Johannes Kepler war es, der die Theorien des Kopernikus etwa hundert Jahre später weiter vervollständigte und sie zu einem physikalischen Erklärungsmodell der Realität machte. Versuchen Sie sich und Ihren Zuhörern zu verdeutlichen, dass die Menschen bis zu diesem Zeitpunkt davon ausgingen, dass die Erde auch der räumliche Mittelpunkt der Schöpfung war. Eine Abkehr von diesem Konstrukt bedeutete nichts anderes als das Einläuten einer neuen Ära.

Die drei Gesetze der Keplerschen Himmelsmechanik

Die Nachfahren Keplers haben sich daran gemacht, seine Gesetze der Himmelsmechanik in Formeln umzuwandeln. Diese erscheinen Laien jedoch als recht kompliziert. Aus diesem Grunde sollten Sie die Formeln erst einmal außer Acht lassen. Auch ohne diese lassen sich die Inhalte der drei Gesetze verstehen.

  • Das erste Gesetz besagt, dass sich die Planeten in elliptischen Bahnen um die Sonne bewegen. Die Sonne nimmt in der Ellipse dabei die Position eines der beiden Brennpunkte ein. (Die Brennpunkte einer Ellipse sind jene beiden Punkte, deren kombinierte Entfernung zu jedem Punkt auf der Ellipse gleich groß ist.)
  • Um das zweite Keplersche Gesetz zu verstehen, müssen Sie sich vor Augen führen, dass die Erde, wenn Sie nah an der Sonne vorbeifliegt, einen größeren Teil der Ellipse abfliegt, als sie es in gleicher Zeit in größerer Entfernung tun würde. Wenn Sie jedoch Anfangs- und Endpunkt der Zeitmessung nehmen und mit der Sonne verbinden, werden Sie feststellen, dass die dabei umschlossene Fläche, die in etwa die Form einer Eiswaffel hat, stets gleich groß bleibt. Unabhängig davon, wie weit die Erde von der Sonne entfernt ist.
  • Das dritte und letzte Keplersche Gesetz schließlich befasst sich mit den Umlaufzeiten der Gestirne. Es besagt, dass die Umlaufzeit zweier Planeten zu Quadrat genommen, sich ebenso zueinander verhalten, wie deren große Halbbahnachse (die längstmögliche Gerade innerhalb der elliptischen Umlaufbahn) jeweils hoch drei genommen.

Wenn Sie oder Ihr Publikum Schwierigkeiten damit haben, diese Gesetze nachzuvollziehen, empfiehlt es sich, eine grafische Darstellung der Phänomene anzulegen. Auf diese Weise wird das Verstehen deutlich vereinfacht.

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