Jack Elias: 00:28 Los planetas orbitan al Sol en sentido antihorario, visto desde arriba del polo norte del Sol, y todas las órbitas de los planetas están alineadas con lo que los astrónomos llaman el plano eclíptico.

Jack Elias: 00:40 La historia de nuestra mayor comprensión del movimiento planetario no podría contarse si no fuera por el trabajo de un matemático alemán llamado Johannes Kepler. Kepler vivió en Graz, Austria, durante los tumultuosos comienzos del siglo XVII. Debido a las dificultades religiosas y políticas comunes durante esa época, Kepler fue desterrado de Graz el 2 de agosto de 1600.

Jack Elias: 01:01 Afortunadamente, se presentó la oportunidad de trabajar como asistente del famoso astrónomo Tycho Brahe y el joven Kepler trasladó a su familia desde Graz, 300 millas al otro lado del río Danubio, hasta la casa de Brahe en Praga. Tycho Brahe es acreditado con las observaciones astronómicas más precisas de su tiempo y quedó impresionado con los estudios de Kepler durante una reunión anterior. Sin embargo, Brahe desconfió de Kepler, temiendo que su joven y brillante interno pudiera eclipsarlo como el principal astrónomo de su época. Por lo tanto, llevó a Kepler a ver solo una parte de sus voluminosos datos planetarios.

Jack Elias: 01:35 Puso a Kepler, la tarea de comprender la órbita del planeta Marte, cuyo movimiento encaja problemáticamente en el universo como lo describen Aristóteles y Ptolomeo. Se cree que parte de la motivación para darle el problema de Marte a Kepler era la esperanza de Brahe de que su dificultad ocuparía Kepler mientras Brahe trabajaba para perfeccionar su propia teoría del sistema solar, que se basaba en un modelo geocéntrico, donde la tierra es el planeta. centro del sistema solar. Según este modelo, los planetas Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno orbitan alrededor del Sol, que a su vez orbita la Tierra. Al final resultó que, Kepler, a diferencia de Brahe, creía firmemente en el modelo copernicano del sistema solar conocido como heliocéntrico, que colocaba correctamente al Sol en su centro. Pero la razón por la cual la órbita de Marte era problemática era porque el sistema copernicano asumía incorrectamente que las órbitas de los planetas eran circulares.

Jack Elias: 02:28 Después de mucho esfuerzo, Kepler se vio obligado a darse cuenta de que las órbitas de los planetas no son círculos, sino que eran círculos alargados o aplanados que los geómetras llaman elipses, y las dificultades particulares que Brahe enfrenta con el movimiento de Marte se debió al hecho de que su órbita era el más elíptico de los planetas para los cuales Brahe tenía datos extensos. Por lo tanto, en un giro de ironía, Brahe sin darse cuenta le dio a Kepler la parte misma de sus datos que le permitiría a Kepler formular la teoría correcta del sistema solar, desterrando la propia teoría de Brahe.

Jack Elias: 03:00 Dado que las órbitas de los planetas son elipses, repasemos tres propiedades básicas de las elipses. La primera propiedad de una elipse: una elipse se define por dos puntos, cada uno llamado foco, y juntos llamados focos. La suma de las distancias a los focos desde cualquier punto de la elipse es siempre una constante. La segunda propiedad de una elipse: la cantidad de aplanamiento de la elipse se llama excentricidad. Cuanto más plana es la elipse, más excéntrica es. Cada elipse tiene una excentricidad con un valor entre cero, un círculo y uno, esencialmente una línea plana, técnicamente llamada parábola.

Jack Elias: 03:40 La tercera propiedad de una elipse: el eje más largo de la elipse se llama eje mayor, mientras que el eje más corto se llama eje menor. La mitad del eje mayor se denomina eje semi mayor. Sabiendo entonces que las órbitas de los planetas son elípticas, johannes Kepler formuló tres leyes del movimiento planetario, que también describieron con precisión el movimiento de los cometas. Primera ley de Kepler: la órbita de cada planeta sobre el Sol es una elipse. El centro del Sol siempre está ubicado en un foco de la elipse orbital. El sol está en un foco. El planeta sigue la elipse en su órbita, lo que significa que la distancia del planeta al Sol cambia constantemente a medida que el planeta gira alrededor de su órbita.

Jack Elias: 04:35 La segunda ley de Kepler: la línea imaginaria que une un planeta y los hijos barren áreas iguales de espacio durante intervalos de tiempo iguales a medida que el planeta orbita. Básicamente, que los planetas no se mueven con velocidad constante a lo largo de sus órbitas. Más bien, su velocidad varía de modo que la línea que une los centros del Sol y el planeta barre partes iguales de un área en tiempos iguales. El punto de aproximación más cercano del planeta al Sol se llama perihelio. El punto de mayor separación es afelio, por lo tanto, según la Segunda Ley de Kepler, un planeta se mueve más rápido cuando está en el perihelio y más lento en el afelio.

Jack Elias: 05:25 Tercera Ley de Kepler: los cuadrados de los períodos orbitales de los planetas son directamente proporcionales a los cubos de los ejes semi mayores de sus órbitas. La Tercera Ley de Kepler implica que el período para que un planeta orbita alrededor del Sol aumenta rápidamente con el radio de su órbita. Por lo tanto, encontramos que Mercurio, el planeta más interno, tarda solo 88 días en orbitar el Sol. La tierra tarda 365 días, mientras que Saturno requiere 10,759 días para hacer lo mismo. Aunque Kepler no sabía acerca de la gravitación cuando ideó sus tres leyes, fueron fundamentales para que Isaac Newton derivara su teoría de la gravitación universal, que explica la fuerza desconocida detrás de la Tercera Ley de Kepler. Kepler y sus teorías fueron cruciales en la mejor comprensión de la dinámica de nuestro sistema solar y como trampolín hacia nuevas teorías que se aproximan con mayor precisión a nuestras órbitas planetarias.