Các hành tinh quay quanh Mặt trời như thế nào?

Nhà thiên văn học người Ba Lan Copecnic, trong tác phẩm nổi tiếng bất hủ “Luận vận hành thiên thể”, đã giải quyết chính xác một vấn đề từng gây tranh luận trong thời gian dài: Trái đất và các hành tinh lần lượt quay quanh Mặt trời, chứ không phải các hành tinh và Mặt trời quay quanh Trái đất. Nhưng rốt cuộc các hành tinh quay quanh Mặt trời như thế nào? Với trình độ khoa học kỹ thuật khi đó, Copecnic vẫn chưa thể giải đáp thật chính xác câu hỏi này.

Hơn nửa thế kỷ sau, dựa trên các tài liệu quan sát chính xác của nhà thiên văn học người Đan Mạch Digu, nhà thiên văn học người Đức Kapule đã dùng ba định luật để mô tả chính xác sự vận động của các hành tinh. Những định luật ấy được gọi là “Định luật Kaipule” hoặc “ba định luật vận động của các hành tinh”.

Quỹ đạo chuyển động của các hành tinh quanh Mặt trời đều có hình elip, nhưng độ lệch tâm của các hình elip này rất khác nhau. Mặt trời nằm tại một trong hai tiêu điểm của hình elip. Đây là định luật thứ nhất trong các định luật của Kapule, tức định luật quỹ đạo.

Định luật thứ hai nói rằng: trong những khoảng thời gian bằng nhau, diện tích mà đường nối giữa trung tâm hành tinh và trung tâm Mặt trời quét qua là bằng nhau. Đây được gọi là định luật diện tích. Dựa vào định luật này, các hành tinh khi ở gần điểm gần Mặt trời sẽ chuyển động nhanh hơn so với khi ở xa điểm gần Mặt trời.

Định luật quỹ đạo và định luật diện tích được Kapule công bố cùng vào năm 1609 trong cuốn “Thiên văn học mới”. Mười năm sau, tức năm 1619, trong tác phẩm “Luận hài hòa vũ trụ” mới của mình, Kapule đã phát biểu định luật thứ ba mà ông quan sát và phát hiện trong một thời gian dài như sau: bình phương chu kỳ chuyển động quanh Mặt trời của các hành tinh (T) tỷ lệ thuận với lập phương khoảng cách trung bình của chúng tới Mặt trời (R).

Định luật thứ ba còn được gọi là định luật điều hòa. Nếu gọi T1 và T2 lần lượt là chu kỳ chuyển động quanh Mặt trời của hai hành tinh, R1 và R2 lần lượt là khoảng cách trung bình của chúng tới Mặt trời, thì có thể biểu diễn bằng phương trình toán học tương ứng.

Kapule vô cùng hài lòng với định luật thứ ba mà mình tìm ra. Ông từng nói trong tâm trạng hết sức phấn khởi rằng: đây chính là điều mà 16 năm trước ông từng hy vọng có thể phát hiện được.

Ba quy luật vận động của các hành tinh có ý nghĩa rất quan trọng. Không chỉ các hành tinh tuân theo những quy tắc ấy, mà các vệ tinh của hành tinh cũng không phải ngoại lệ. Định luật thứ ba tuyên bố một cách trang nghiêm rằng: chu kỳ chuyển động quanh các thiên thể trong hệ Mặt trời và khoảng cách tới Mặt trời không phải tùy ý, cũng không phải ngẫu nhiên, mà thuộc về một chỉnh thể có trật tự nghiêm ngặt.