Куди рухається сонячна система у галактиці. Рух сонячної системи у просторах всесвіту

Ви сидите, стоїте або лежите, читаючи цю статтю, і не відчуваєте, що Земля обертається навколо своєї осі з шаленою швидкістю – приблизно 1700 км/год на екваторі. Однак швидкість обертання не здається такою вже швидкою, якщо перевести її в км/с. Вийде 0,5 км/с - ледь помітний спалах на радарі, в порівнянні з іншими навколишніми швидкостями.

Як і інші планети Сонячної системи, Земля обертається навколо Сонця. І щоб утримуватись на своїй орбіті, вона рухається зі швидкістю 30 км/с. Венера і Меркурій, що знаходяться ближче до Сонця, рухаються швидше, Марс, орбіта якого проходить за орбітою Землі, рухається набагато повільніше за неї.

Але навіть Сонце не стоїть на одному місці. Наша галактика Чумацький Шлях - величезна, масивна і рухлива! Усі зірки, планети, газові хмари, частинки пилу, чорні дірки, темна матерія – все це рухається щодо загального центру мас.

За припущеннями вчених, Сонце знаходиться на відстані 25 000 світлових років від центру нашої галактики і рухається еліптичною орбітою, здійснюючи повний оборот кожні 220-250 млн років. Виходить, що швидкість Сонця - близько 200-220 км/с, що в сотні разів вище швидкості руху Землі навколо осі і в десятки разів вище швидкості її руху навколо Сонця. Ось так виглядає рух нашої Сонячної системи.

Чи стаціонарна галактика? Знову ні. Гігантські космічні об'єкти мають велику масу, а отже, створюють сильні гравітаційні поля. Дайте Всесвіту небагато часу (а воно у нас було – приблизно 13,8 мільярдів років), і все почне рухатися у напрямку найбільшого тяжіння. Ось чому Всесвіт не однорідний, а являє собою галактики та групи галактик.

Що це означає для нас?

Це означає, що Чумацький Шлях тягне до себе інші галактики та групи галактик, розташовані поблизу. Це означає, що домінують у процесі масивні об'єкти. І це означає, що не лише наша галактика, а й усі оточуючі зазнають впливу цих «тягачів». Ми все ближче підходимо до розуміння того, що відбувається з нами у космічному просторі, але нам все ще не вистачає фактів, наприклад:

які були початкові умови, за яких зародився Всесвіт;
як різні маси в галактиці рухаються та змінюються з часом;
як утворювався Чумацький Шлях та навколишні галактики та скупчення;
і як це відбувається зараз.

Однак є трюк, який допоможе нам розібратися.

Всесвіт наповнює реліктове випромінювання з температурою 2725 К, яке збереглося з часів Великого Вибуху. Де-не-де є крихітні відхилення - близько 100 мкК, але загальний температурний фон постійний.

Це відбувається тому, що Всесвіт утворився в результаті Великого Вибуху 13,8 мільярдів років тому і досі розширюється та охолоджується.

Через 380 000 років після Великого Вибуху Всесвіт охолоне до такої температури, що стало можливим утворення атомів водню. До цього фотони постійно взаємодіяли з рештою частинок плазми: стикалися з ними та обмінювалися енергією. У міру остигання Всесвіту заряджених частинок поменшало, а простору між ними - більше. Фотони змогли вільно переміщатися у просторі. Реліктове випромінювання - це фотони, які випромінювали плазмою у бік майбутнього розташування Землі, але уникли розсіювання, оскільки рекомбінація вже почалася. Вони досягають Землю крізь простір Всесвіту, який продовжує розширюватися.

Ви самі можете побачити це випромінювання. Перешкоди, які виникають на порожньому каналі телевізора, якщо ви використовуєте просту антену, схожу на вуха заячі, на 1% викликані реліктовим випромінюванням.

Проте температура реліктового фону не однакова в усіх напрямках. За результатами досліджень місії Planck, температура дещо відрізняється в протилежних півкулях небесної сфери: вона трохи вища на ділянках неба на південь від екліптики - близько 2,728 K, і нижче в іншій половині - близько 2,722 K.

Мапа мікрохвильового фону, зроблена за допомогою телескопа Planck.

Ця різниця майже в 100 разів більша за інші коливання температури реліктового фону, що спостерігаються, і це вводить в оману. Чому так відбувається? Відповідь очевидна – ця різниця відбувається не через флуктуації реліктового випромінювання, вона з'являється, бо є рух!

Коли ви наближаєтеся до джерела світла або він наближається до вас, спектральні лінії у спектрі джерела зміщуються у бік коротких хвиль (фіолетове зміщення), коли віддаляєтеся від нього або він від вас - спектральні лінії зміщуються у бік довгих хвиль (червоне зміщення).

Реліктове випромінювання може бути більш-менш енергійним, отже, ми рухаємося крізь простір. Ефект Доплера допомагає визначити, що наша Сонячна система рухається щодо реліктового випромінювання зі швидкістю 368 ± 2 км/с, а місцева група галактик, що включає Чумацький Шлях, галактику Андромеди та галактику Трикутника, рухається зі швидкістю 627 ± 22 км/с щодо реліктового. Це звані пекулярні швидкості галактик, які становлять кілька сотень км/с. Крім них існують ще космологічні швидкості, зумовлені розширенням Всесвіту і розраховуються за законом Хаббла.

Завдяки залишковому випромінюванню від Великого Вибуху ми можемо спостерігати, що у Всесвіті постійно рухається і змінюється. І наша галактика – лише частина цього процесу.

Інінський сад каміння розташований у Баргузинській долині. Величезне каміння ніби хтось спеціально розкидав чи розставив із наміром. А у місцях, де розставлені мегаліти, завжди відбувається щось таємниче.

Однією з визначних пам'яток Бурятії є Інінський сад каміння у Баргузинській долині. Він справляє дивовижне враження – величезне каміння, розкидане безладно на абсолютно рівній поверхні. Наче хтось спеціально чи розкидав їх, чи розставив з наміром. А у місцях, де розставлені мегаліти, завжди відбувається щось таємниче.

Сила природи

Взагалі «сад каміння» - це японська назва штучного ландшафту, в якому ключову роль відіграють камені, розставлені за суворими правилами. "Каресансуй" (сухий пейзаж) у Японії культивується з 14-го століття, і з'явився він не просто так. Вважалося, що в місцях з великим скупченням каменів живуть боги, внаслідок цього і самим каменям стали надавати божественне значення. Звичайно, зараз японці використовують сади каміння як місце для медитації, де зручно вдаватися до філософських роздумів.

А філософія тут ось до чого. Хаотичне, здавалося б, розташування каменів, насправді суворо підпорядковане певним законам. По-перше, повинна дотримуватися асиметрія та різниця розмірів каміння. У саду є певні точки спостереження - залежно від часу, коли ви збираєтеся споглядати пристрій свого мікросвіту. І головна хитрість – з будь-якої точки спостереження завжди має бути один камінь, який… не видно.

Найвідоміший у Японії сад каміння знаходиться у Кіото – найдавнішій столиці країни самураїв, у храмі Реандзі. Це притулок буддійських ченців. А у нас у Бурятії «сад каміння» з'явився без зусиль людини – її автором є сама Природа.

У південно-західній частині Баргузинської долини, за 15 кілометрів від селища Суво, де річка Іна виходить із Ікатського хребта, розташоване це місце площею понад 10 квадратних кілометрів. Значно більше, ніж будь-який японський сад каміння – у тій же пропорції, як японський бонсай менше бурятського кедра. Тут із рівної землі виступають великі брили каменю, що досягає 4-5 метрів у поперечнику, а в глибину ці валуни йдуть до 10 метрів!

Вилучення цих мегалітів від гірського хребта досягає 5 кілометрів і більше. Яка ж сила могла розкидати це величезне каміння на такі відстані? Те, що це зробив не людина, стало зрозуміло з недавньої історії: для гідромеліоративних цілей тут було прорито 3-кілометровий канал. І в руслі каналу там і там лежать величезні брили, що йдуть на глибину до 10 метрів. З ними билися, звісно, але безуспішно. У результаті всі роботи на каналі було зупинено.

Вчені висували різні версії походження Інінського саду каміння. Багато хто вважає ці брили мореними валунами, тобто льодовиковими відкладеннями. Вік вченими називається різний (Е. І. Муравський вважає, що їм 40-50 тисяч років, а В. В. Ламакін - понад 100 тисяч років!), Залежно від якого зледеніння відраховувати.

За припущеннями геологів, у давнину Баргузинська улоговина була прісноводне неглибоке озеро, яке було відокремлено від Байкалу неширокою і невисокою гірською перемичкою, що з'єднує Баргузинський та Ікатський хребти. При підвищенні рівня води утворився стік, що перетворився на русло річки, яка все глибше і глибше врізалася в тверді кристалічні породи. Відомо, як зливи води навесні або після сильного дощу розмивають круті схили, залишаючи глибокі борозни балок і ярів. Згодом рівень води впав, і площа озера через велику кількість виваженого матеріалу, що приноситься в нього річками, зменшилася. Внаслідок цього озеро зникло, а на його місці залишилася широка долина з валунами, які віднесли пізніше до пам'яток природи.

А от нещодавно доктор геолого-мінералогічних наук Г.Ф. Уфимцев запропонував дуже оригінальну ідею, що ніяк не пов'язану з заледеніннями. На його думку, Інінський сад каміння утворився в результаті порівняно недавнього, що мав катастрофічний характер гігантського викиду велико-глибового матеріалу.

За його спостереженнями, льодовикова діяльність на Ікатському хребті проявилася лише на невеликій площі у верхів'ях річок Турокчі та Богунди, в середній частині цих річок слідів заледеніння не спостерігається. Таким чином, на думку вченого, стався прорив греблі підпрудного озера протягом річки Іни та її приток. Внаслідок прориву з верхів'я Іни селем чи ґрунтовою лавиною до Баргузинської долини було викинуто великий обсяг глибового матеріалу. На користь цієї версії свідчить факт сильного руйнування корінних бортів долини річки Іни на місці злиття з Турокчею, що може свідчити про знесення селем великого обсягу гірських порід.

На цій же ділянці річки Іни Уфімцевим відзначені два великі «амфітеатри» (нагадують величезну вирву) розмірами 2,0 на 1,3 кілометра та 1,2 на 0,8 кілометра, які, ймовірно, могли бути ложем великих підпрудних озер. Прорив греблі та спуск води, на думку Уфімцева, міг статися внаслідок проявів сейсмічних процесів, оскільки обидва схилові «амфітеатри» приурочені до зони молодого розлому з виходами термальних вод.

Тут пустували боги

Дивовижне місце давно цікавило місцевих жителів. І для «саду каміння» люди придумали легенду, що сягає корінням у сиву давнину. Початок нехитрий. Посперечалися якось дві річки, Іна та Баргузін, хто з них першим (першою) добіжить до Байкалу. Баргузін схитрував і вирушив у дорогу того ж вечора, а вранці розсерджена Іна помчала слідом, у гніві відкидаючи величезні валуни зі свого шляху. Так і лежать вони й досі по обидва береги річки. Чи не так це просто поетичний опис потужного селю, запропонованого для пояснення доктором Уфімцевим?

Каміння все ще зберігає таємницю своєї освіти. Адже вони не тільки різного розміру і кольору, вони взагалі з різних порід. Тобто виламані були не з одного місця. А глибина залягання говорить про багато тисяч років, за які навколо валунів наросли метри ґрунту.

Тим, хто бачив фільм «Аватар», туманного ранку каміння Іни нагадають висячі гори, навколо яких літають крилаті дракони. Вершини гір виступають із хмар туману, як окремі фортеці чи голови велетнів у шоломах. Враження від споглядання саду каміння дивовижні, і люди не випадково наділили каміння магічною силою: вважається, якщо торкнутися валунів руками, вони забиратимуть негативну енергію, натомість обдаровуючи позитивною.

У цих дивовижних місцях є ще одне місце, де пустували боги. Це місце прозвали "Сувінським саксонським замком". Ця природна освіта знаходиться неподалік групи солоних Алгінських озер біля села Суво, на степових схилах сопки біля підніжжя Ікатського хребта. Мальовничі скелі дуже нагадують руїни стародавнього замку. Ці місця були для евенкійських шаманів особливо шанованим і священним місцем. Евенкійською мовою «сувойя», або «суво» означає «вихор».

Вважалося, що саме тут мешкають парфуми – господарі місцевих вітрів. Головним та найвідомішим з яких був легендарний вітер Байкалу «Баргузін». За легендою, у цих місцях жив злий правитель. Він відрізнявся лютою вдачею, йому діставало задоволення приносити нещастя бідним і незаможним людям.

У нього був єдиний і улюблений син, якого зачарували духи на покарання жорстокому батькові. Після усвідомлення свого жорстокого та несправедливого ставлення до людей правитель упав на коліна, почав благати і слізно просити повернути здоров'я синові і зробити його щасливим. А всі свої багатства він роздав людям.

І духи звільнили з влади недуги сина правителя! Вважається, що з цієї причини скелі поділені на кілька частин. Серед бурятів є повір'я, що в скелях живуть господарі Суво - Тумуржі-Нойон та його дружина Тутужиг-Хатан. На честь сувинських владик було встановлено бурхани. У особливі дні у цих місцях проводять цілі ритуали.

З найдавніших часів людство цікавили видимі рухи небесних тіл: Сонця, Місяця та зірок. Важко уявити собі Наша власна Сонячна система здається занадто великою, простягнувшись більш ніж на 4 трильйони миль від Сонця. А тим часом Сонце - це лише одна сота мільярда від інших зірок, які складають галактику Чумацький Шлях.

Чумацький шлях

Сама галактика є величезним колесом, що обертається, з газу, пилу і більше 200 мільярдів зірок. Між ними простягаються трильйони миль порожнього простору. Сонце закріпилося на околиці галактики, що за формою нагадує спіраль: зверху Чумацький Шлях виглядає як величезний ураган із зірок, що обертається. У порівнянні з розмірами галактики Сонячна система надзвичайно мала. Якщо уявити, що Чумацький Шлях завбільшки з Європу, то Сонячна система буде не більше за розмірами, ніж волоський горіх.

сонячна система

Сонце та його 9 планет – супутників розкидані в одному напрямку від центру галактики. Як планети здійснюють оберти навколо своїх зірок, так і зірки обертаються навколо галактик.

Сонцю знадобиться близько 200 мільйонів років при швидкості 588 000 миль на годину для того, щоб зробити повний оберт навколо цієї галактичної каруселі. Нічим особливим наше Сонце не відрізняється від інших зірок, крім того, що має супутника, планету під назвою Земля, населену життям. Навколо Сонця за своїми орбітами обертаються планети і менші небесні тіла, які називаються астероїдами.

Перші спостереження світил

Людина спостерігає видимі рухи небесних тіл та космічні явища вже як мінімум 10000 років. Вперше записи в літописах про небесні тіла з'явилися в стародавньому Єгипті та Шумері. Єгиптяни вміли розрізняти на небі три типи тіл: зірки, планети та "зірки з хвостами". Тоді ж було виявлено небесні тіла: Сатурн, Юпітер, Марс, Венера, Меркурій і, звичайно, Сонце, і Місяць. Видимі рухи небесних тіл - це спостереження з Землі пересування цих об'єктів щодо системи координат, незалежно від добового обертання. Справжній рух - рух їх у космічному просторі, що визначається діючими на ці тіла силами.

Видимі галактики

Дивлячись у нічне небо, можна побачити нашу найближчу сусідку – у вигляді спіралі. Чумацький шлях, незважаючи на його розміри, лише одна зі 100 мільярдів галактик у космосі. Без використання телескопа можна побачити три галактики та частину нашої. Дві з них мають назви Велика і Мала Магелланова хмара. Вперше їх було побачено у південних водах у 1519 році експедицією португальського дослідника Магеллана. Ці невеликі галактики роблять оберти навколо Чумацького шляху, тому є нашими найближчими космічними сусідами.

Третя видима із Землі галактика, Андромеда, віддалена від нас приблизно 2 мільйонами світлових років. Це означає, що зоряне світло Андромеди минає мільйони років, щоб наблизитися до нашої Землі. Таким чином, ми споглядаємо цю галактику такою, якою вона була 2 мільйони років тому.

Крім цих трьох галактик вночі можна побачити частину Чумацького шляху, представленого безліччю зірок. На думку стародавніх греків, ця група зірок - молоко з грудей богині Гери, звідси і походить назва.

Видимі планети із Землі

Планети – це небесні тіла, що обертаються навколо Сонця. Коли ми спостерігаємо Венеру, що світиться в небі, це походить від того, що вона освітлюється Сонцем і відбиває частину сонячного світла. Венера – це Вечірня зірка або Ранкова зірка. Люди називають її по-різному, тому що ввечері та вранці вона знаходиться у різних місцях.

Як планета Венера обертається навколо Сонця та змінює своє місцезнаходження. Протягом доби відбувається видимий рух небесних тіл. Система небесних координат не тільки допомагає розібратися в розташуванні світил, а й дозволяє складати зіркові карти, орієнтуватися в нічному небі сузір'ями та вивчати поведінку небесних об'єктів.

Закони руху планет

Поєднуючи воєдино спостереження та теорії про рух небесних тіл, люди вивели закономірності нашої галактики. Відкриття вчених допомогли розшифрувати видимі рухи небесних тіл. відкриті були одними з перших астрономічних законів.

Німецький математик і астроном став першовідкривачем цієї теми. Кеплер, вивчивши роботи Коперника, обчислив для орбіт найкращу форму, що роз'яснює видимі рухи небесних тіл - еліпс, і довів закономірності міграції планет, відомі у науковому світі як закони Кеплера. Два з них характеризують пересування планети орбітою. Вони кажуть:

Будь-яка планета обертається еліпсом. В одному з фокусів його є Сонце.

Кожна з них пересувається в площині, що проходить крізь середину Сонця, при цьому за однакові періоди радіус-вектор між Сонцем та планетою окреслює рівновеликі площі.

Третій закон поєднує орбітальні дані планет у межах системи.

Нижні та верхні планети

Вивчаючи видимі рухи небесних тіл, фізика підрозділяє їх у дві групи: нижні, куди ставляться Венера, Меркурій, і верхні - Сатурн, Марс, Юпітер, Нептун, Уран і Плутон. Пересування цих небесних тіл у сфері відбувається по-різному. У процесі переміщення нижніх планет, що спостерігається, у них відзначається зміна фаз як у Місяця. При переміщенні верхніх планет можна побачити, що зміна фаз вони відбувається, вони постійно звернені до людей своєю світлою стороною.

Земля, поруч із Меркурієм, Венерою і Марсом, належить до групи про внутрішніх планет. Вони здійснюють оберти навколо Сонця внутрішніми орбітами, на відміну великих планет, які обертаються зовнішніми орбітами. Наприклад, Меркурій, який у 20 разів менший за крайню внутрішній орбіті.

Комети та метеорити

Навколо Сонця крутяться, крім планет, ще мільярди крижаних брил, що складаються із замерзлого твердого газу, дрібного каменю та пилу, - комети, якими заповнена Сонячна система. Видимі рухи небесних тіл, представлені кометами, можна побачити лише тоді, коли вони наближаються до Сонця. Тоді їхній хвіст починає горіти і світиться в небі.

Найзнаменитіша з них – комета Галлея. Кожні 76 років вона сходить зі своєї орбіти і наближається до Сонця. У цей час її можна спостерігати із Землі. Ще в нічному небі можна споглядати метеорити у вигляді зірок, що летять, - це згустки матерії, які рухаються по Всесвіту з величезною швидкістю. Коли вони потрапляють у поле тяжіння Землі, майже завжди згоряють. Через надзвичайну швидкість і тертя з повітряною оболонкою Землі метеорити розжарюються і розпадаються на дрібні частинки. Процес їх згоряння можна спостерігати в нічному небі у вигляді стрічки, що світиться.

Навчальна програма з астрономії описує видимі рухи небесних тіл. 11 клас вже ознайомлений із закономірностями, за якими відбувається складний рух планет, зміною місячних фаз та законами затемнень.

Що це означає для нас?

які були початкові умови, за яких зародився Всесвіт;
як різні маси в галактиці рухаються та змінюються з часом;
як утворювався Чумацький Шлях та навколишні галактики та скупчення;
і як це відбувається зараз.

Однак є трюк, який допоможе нам розібратися.

Мапа мікрохвильового фону, зроблена за допомогою телескопа Planck.

Важливу роль у формуванні уявлень про будову Сонячної системи зіграли також закони руху планет, які були відкриті Йоганном Кеплером (1571-1630) і стали першими природничо законами в їх сучасному розумінні. Роботи Кеплера створили можливість узагальнення знань з механіці тієї епохи як законів динаміки і закону всесвітнього тяжіння, сформульованих пізніше Ісааком Ньютоном. Багато вчених аж до початку XVII ст. вважали, що рух небесних тіл має бути рівномірним і відбуватися за «найдосконалішою» кривою-кола. Лише Кеплеру вдалося подолати це забобон і встановити дійсну форму планетних орбіт, а також закономірність зміни швидкості руху планет при їх обігу навколо Сонця. У своїх пошуках Кеплер виходив із переконання, що "у світі керує число", висловленого ще Піфагором. Він шукав співвідношення між різними величинами, що характеризують рух планет, – розміри орбіт, період обігу, швидкість. Кеплер діяв практично наосліп, суто емпірично. Він намагався зіставити характеристики руху планет із закономірностями музичної гами, довжиною сторін описаних та вписаних в орбіти планет багатокутників тощо. Кеплеру необхідно було побудувати орбіти планет, перейти від екваторіальної системи координат, що вказують на становище планети на небесній сфері, до системи координат, що вказують її положення в площині орбіти. Він скористався у своїй власними спостереженнями планети Марс, і навіть багаторічними визначеннями координат і змін цієї планети, проведеними його вчителем Тихо Браге. Орбіту Землі Кеплер вважав (у першому наближенні) коло, що суперечило спостереженням. Для того, щоб побудувати орбіту Марса, він застосував спосіб, який показаний на малюнку нижче.

Нехай нам відома кутова відстань Марса від точки весняного рівнодення під час одного з протистоянь планети – його пряме сходження «15 яке виражається кутом g(гамма) Т1М1, де T1 – положення Землі на орбіті в цей момент, а M1 – положення Марса. Очевидно, що через 687 діб (такий зоряний період звернення Марса) планета прийде в ту саму точку своєї орбіти.

Якщо визначити пряме сходження Марса на цю дату, то, як видно з малюнка, можна вказати становище планети у просторі, точніше у площині її орбіти. Земля в цей момент знаходиться в точці Т2, і, отже, кут gT2M1 не що інше, як пряме сходження Марса - a2. Повторивши подібні операції для кількох інших протистоянь Марса, Кеплер отримав ще низку точок і, провівши по них плавну криву, побудував орбіту цієї планети. Вивчивши розташування отриманих точок, він виявив, що швидкість руху планети орбітою змінюється, але при цьому радіус-вектор планети за рівні проміжки часу описує рівні площі. Згодом ця закономірність одержала назву другого закону Кеплера.

Радіусом-вектором називають в даному випадку змінний за своєю величиною відрізок, що з'єднує Сонце ту точку орбіти, в якій знаходиться планета. АА1, ВВ1 та CC1 – дуги, які проходить планета за рівні проміжки часу. Площі заштрихованих постатей рівні між собою. Відповідно до закону збереження енергії, повна механічна енергія замкнутої системи тіл, між якими діють сили тяжіння, залишається незмінною за будь-яких рухів тіл цієї системи. Тому сума кінетичної та потенційної енергій планети, яка рухається навколо Сонця, незмінна у всіх точках орбіти і дорівнює повній енергії. У міру наближення планети до Сонця зростає її швидкість, збільшується кінетична енергія, але внаслідок зменшення відстані до Сонця зменшується потенційна енергія. Встановивши закономірність зміни швидкості руху планет, Кеплер поставив за мету визначити, якою кривою відбувається їх звернення навколо Сонця. Він був поставлений перед необхідністю зробити вибір одного з двох можливих рішень: 1) вважати, що орбіта Марса є коло, і припустити, що на деяких ділянках орбіти обчислені координати планети розходяться зі спостереженнями (через помилки спостережень) на 8"; ) вважати, що спостереження таких помилок не містять, а орбіта не є коло.Будучи впевненим у точності спостережень Тихо Браге, Кеплер вибрав друге рішення і встановив, що найкращим чином положення Марса на орбіті збігаються з кривою, яка називається еліпсом, при цьому Сонце не розташовується в центрі еліпса, в результаті якого було сформульовано закон, який називається першим законом Кеплера, кожна планета звертається навколо Сонця по еліпсу, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце.

Як відомо, еліпсом називається крива, у якої сума відстаней від будь-якої точки Р до його фокусів є постійна величина. На малюнку позначено: Про - центр еліпса; S і S1 – фокуси еліпса; АВ – його велика вісь. Половина цієї величини (а), яку зазвичай називають великою піввіссю, характеризує розмір орбіти планети. Найближча до Сонця точка А називається перигелій, а віддалена від нього точка В - афелій. Відмінність еліпса від кола характеризується величиною його ексцентриситету: е = OS/OA. У тому випадку, коли ексцентриситет дорівнює О, фокуси та центр зливаються в одну точку – еліпс перетворюється на коло.

Примітно, що книга, в якій в 1609 Кеплер опублікував перші два відкритих ним закону, називалася «Нова астрономія, або Фізика небес, викладена в дослідженнях руху планети Марс ...». Обидва ці закони, опубліковані в 1609 р., розкривають характер руху кожної планети окремо, що не задовольнило Кеплера. Він продовжив пошуки «гармонії» у русі всіх планет, і через 10 років йому вдалося сформулювати третій закон Кеплера:

Т1^2 / T2^2 = a1^3 / a2^3

Квадрати зоряних періодів обігу планет ставляться між собою, як куби великих півосей їх орбіт. Ось що писав Кеплер після відкриття цього закону: «Те, що 16 років тому я вирішив шукати,<... >нарешті знайдено, і це відкриття перевершило всі мої найсміливіші очікування...» Справді, третій закон заслуговує на найвищу оцінку. Адже він дозволяє вирахувати відносні відстані планет від Сонця, використовуючи при цьому вже відомі періоди їхнього обертання навколо Сонця. Не потрібно визначати відстань від Сонця кожної з них, достатньо виміряти відстань від Сонця хоча б однієї планети. Величина великої півосі земної орбіти - астрономічна одиниця (а. е.) - стала основою для обчислення всіх інших відстаней у Сонячній системі. Незабаром було відкрито закон всесвітнього тяжіння. Всі тіла у Всесвіті притягуються один до одного з силою, прямо пропорційною добутку їх мас і обернено пропорційною квадрату відстані між ними:

F = G m1m2/r2

Де m1 та m2 - маси тіл; r – відстань між ними; G - гравітаційна постійна

Відкриття закону всесвітнього тяжіння багато в чому сприяли закони руху планет, сформульовані Кеплером, та інші досягнення астрономії XVII ст. Так, знання відстані до Місяця дозволило Ісааку Ньютону (1643 - 1727) довести тотожність сили, що утримує Місяць під час руху навколо Землі, і сили, що викликає падіння тіл на Землю. Адже якщо сила тяжіння змінюється обернено пропорційно квадрату відстані, як це випливає із закону всесвітнього тяжіння, то Місяць, що знаходиться від Землі на відстані приблизно 60 її радіусів, повинен відчувати прискорення в 3600 разів менше, ніж прискорення сили тяжіння на поверхні Землі, рівне 9 8 м/с. Отже, прискорення Місяця має становити 0,0027 м/с2.

Сила, що утримує Місяць на орбіті, є сила земного тяжіння, ослаблена в 3600 разів у порівнянні з діючою на поверхні Землі. Можна переконатися і в тому, що при русі планет, відповідно до третього закону Кеплера, їх прискорення і сила тяжіння Сонця, що діє на них, назад пропорційні квадрату відстані, як це випливає із закону всесвітнього тяжіння. Дійсно, згідно з третім законом Кеплера відношення кубів великих півосей орбіт d і квадратів періодів обігу T є постійна величина: Прискорення планети дорівнює:

A= u2/d =(2pid/T)2/d=4pi2d/T2

З третього закону Кеплера випливає:

Тому прискорення планети одно:

A = 4pi2 const/d2

Отже, сила взаємодії планет і Сонця задовольняє закон всесвітнього тяжіння і є обурення в русі тіл Сонячної системи. Закони Кеплера суворо виконуються, якщо розглядається рух двох ізольованих тіл (Сонце та планета) під дією їхнього взаємного тяжіння. Однак у Сонячній системі планет багато, всі вони взаємодіють не лише із Сонцем, а й між собою. Тому рух планет та інших тіл не точно підпорядковується законам Кеплера. Відхилення тіл від руху еліпсами називають обуреннями. Обурення ці невеликі, оскільки маса Сонця набагато більше за масу не тільки окремої планети, але і всіх планет в цілому. Найбільші обурення у русі тіл Сонячної системи викликає Юпітер, маса якого у 300 разів перевищує масу Землі.

Особливо помітні відхилення астероїдів і комет під час їхнього проходження поблизу Юпітера. В даний час обурення враховуються при обчисленні становища планет, їх супутників та інших тіл Сонячної системи, а також траєкторій космічних апаратів, які запускаються для дослідження. Але ще XIX в. розрахунок збурень дозволив зробити одне з найвідоміших у науці відкриттів «на кінчику пера» - відкриття планети Нептун. Проводячи черговий огляд неба у пошуку невідомих об'єктів, Вільям Гершель у 1781 р. відкрив планету, названу згодом Ураном. Приблизно через півстоліття стало очевидно, що рух Урану не узгоджується з розрахунковим навіть при обліку збурень з боку всіх відомих планет. На основі припущення про наявність ще однієї «зауранової» планети було зроблено обчислення її орбіти та положення на небі. Незалежно одне від одного це завдання вирішили Джон Адамс в Англії та Урбен Левер'є у Франції. На основі розрахунків Левер'є німецький астроном Йоганн Галле 23 вересня 1846 р. виявив у сузір'ї Водолія невідому раніше планету - Нептун. Це відкриття стало тріумфом геліоцентричної системи, найважливішим підтвердженням справедливості закону всесвітнього тяжіння. Надалі в русі Урана і Нептуна було помічено обурення, які стали підставою для припущення про існування Сонячної системі ще однієї планети. Її пошуки увінчалися успіхом лише у 1930 р., коли після перегляду великої кількості фотографій зоряного неба було відкрито Плутон.