באדיבות וויקיפדיה
החוק הראשון של קפלר של תנועה פלנטרית אומר שכל פלנטה מקיפה את השמש במסלול אליפטי, כאשר השמש נמצאת באחד המוקדים. מה זה אומר? אתה יכול לצייר אליפסה בדרך פשוטה זו: לקחת חתיכת חוט באורך עשרה עד חמישה עשר ס"מ ולקשור אותו בלולאה. לשים שתי אצבעות על פיסת קרטון כך שהלולאה עוברת סביב האצבעות. מכניסים עיפרון ללולאה ומותחים את הלולאה. עתה יש להזיז את העיפרון כאשר האצבעות יציבות על הקרטון, יש לשמור על לולאה מתוחה כאשר העיפרון נע במסלולו. התוצאה תהיה אליפסה. כל אצבע תופסת נקודה מיוחדת באליפסה הנקראת מוקד.
על פי החוק הראשון של קפלר, אם האליפסה שציירתם מייצגת את מסלולו של פלנטה, השמש תהיה ממוקמת באחד המוקדים. אך מה מונח במוקד השני? שום דבר – זהו רק מושג מתמטי. אם מזיזים את שני המוקדים קרוב יותר, האליפסה מתקרבת למעגל. אנחנו יכולים להמשיך את ההתקדמות הזאת עד ששתי המוקדים ייפגשו באותה נקודה, אז תהפוך האליפסה למעגל מושלם. במילים אחרות, מעגל הוא רק מקרה מיוחד של אליפסה. היוונים העדיפו מסלולים מעגליים משום שמעגל הוא הצורה הפשוטה והסימטרית ביותר. עכשיו הופיעה דרך אחרת לחשיבה על מסלולים: המסלולים הם משפחה שלמה של אליפסות – שצורתן כמעגלים "מעוכים" יותר ויותר והמעגל הוא רק מקרה פרטי של אליפסות האלה. האליפסה היא הצורה הכללית יותר. הכלליות של התיאור שבחר קפלר היא לעתים קרובות סימן ההיכר של רעיון מדעי טוב.
מעגל יכול להיות מתואר על ידי מספר אחד בלבד: הרדיוס. אבל יש צורך בשני מספרים כדי לתאר אליפסה. הקוטר הרחב ביותר של האליפסה נקרא הציר הראשי. הסימון a מייצג את מחצית הציר הראשי, שהוא לא רק המרחק ממרכז האליפסה עד קצה אחד שלה; אלא גם שווה למרחק הממוצע של פלנטה מהשמש. לכן הוא דומה לרדיוס של מסלול מעגלי. המונח המשמש לתיאור מידת הפחיסות של אליפסה הוא אקסצנטריות המסומנת באות e . מבחינה מתמטית, זהו היחס בין המרחק בין המוקדים לבין הציר הראשי 2a . למעגל אקסצנטריות אפס משום שהמרחק בין המוקדים הוא אפס. רוב הפלנטות מקיפות את השמש במסלולים כמעט מעגליים עם אקסצנטריות קטנה ביותר. למסלולים פחוסים מאוד ומוארכים יש אקסצנטריות גבוהה. למרבית השביטים מסלולים אקסצנטריים מאוד, אבל הם עדיין נשמעים לחוק הראשון של קפלר: מסלולי השביטים אליפטיים, והשמש נמצאת באחד המוקדים שלהם.
באדיבות וויקיפדיה
תנועה אליפטית מציעה דוגמה טובה להתקדמות המדע כאשר נאספים נתונים מדויקים יותר. אם היו בנמצא רק מדידות של תנועות הפלנטות ברמת דיוק של 10% הרי מסלולים של רוב הפלנטות היו מתאימים לתנועה מעגלית. אבל זיהוי של חריגה מתנועה אחידה מצריכות נתונים בדיוק המגיע ל- 1%. זיהוי החריגות הוא עניין מתוחכם, ולכן נדרשו המדידות המדוייקות של טיכו כדי לחולל את פריצת הדרך. לדוגמה, במסלול האליפטי של כדור הארץ, המרחק בין כדור הארץ לשמש משתנה רק ב- 3.4% כאשר כדור הארץ נמצא בנקודה הקרובה ביותר לשמש (הנקראת "פריהליון") וכאשר הוא נמצא בנקודה הרחוקה ביותר (הנקראת "אפליון"). כלומר, במסלול האליפטי של כדור הארץ המרחק בין המוקדים הוא רק 3.4% מהציר הראשי – מעגל כמעט מושלם.
אם מודדים את המסלולים בדייקנות גבוהה יותר, ברמה של 0.1%, מגלים קיומם של פערים זעירים. במילים אחרות, למרות שהפלנטות נעות במסלולים אליפטיים כמעט, הן לא נעות במסלולים אליפטיים מדויקים. הסיבה לכך היא שהן חורגות מעט . מהמסלולים האלפטיים שלהן בעקבות כוחות הכבידה שמפעילות עליהן הפלנטות.האחרות.. מדענים הבינו זאת כבר ב -1700. יתרה מזו, ברמה דיוק גבוהה יותר, לא לגמרי נכון לטעון שהשמש ממוקמת בדיוק במוקד. במקום זאת, מוקד המסלול הוא מרכז המסה של השמש והפלנטות. כדי למצוא היכן יהיה מרכז המסה, דמיינו לעצמכם מוט ארוך,.נניח את השמש בקצה אחד של המוט ואת הפלנטה בצד השני. מרכז המסה יהיה נקודת האיזון בין השניים. השמש כה מסיבית עד שמרכז המסה שלה עם כל פלנטה נמצא בתוך השמש, אך לא ממש במרכזה. על ידי זיהוי חריגות קלות אלה מאליפסה מושלמת בהשפעת המסלולים של הפלנטות האחרות, ניתן לתאר באופן שלם יותר את תנועת הפלנטות. איסוף נתונים ברמת דיוק הולכת וגדלה עשוי להוביל להבנה חדשה לחלוטין.