На основании каких данных Кеплер вывел свои законы?

Сегодня небесные координаты измеряются как «прямое восхождение» (RA) и склонение. Они аналогичны угловым координатам, которые мы используем для поверхности Земли, но измеряются на небесной сфере относительно небесного экватора и полюса. Используя текущее звездное время, можно сопоставить локальные координаты неба (т. е. горизонтальный азимут относительно истинного севера и наклон над горизонтом) для прямого восхождения и склонения.

Браге использовал такие устройства, как квадранты, для измерения этого наклона. На http://en.wikipedia.org/wiki/Uraniborg есть гравюра одного из них, установленного на стене здания (предположительно, в Ураниборге) (Браге провел большую часть своих наблюдений в Стьернеборге из-за проблем с креплениями приборов Ураниборга).

Что касается времени, часы дня были достаточно точными, потому что откос был изобретен на пару столетий раньше. Звездные часы можно сбрасывать каждую ночь (используя известную звезду и меридиан), поэтому они должны быть точными только в течение 24 часов. Изменения температуры в этот период будут относительно ограничены (и дополнительно сведены к минимуму путем переустановки часов дважды за ночь), и движения не будет. Да, часы, доступные Браге, были бы неточными по сравнению с хронометрами Харрисона, выпущенными несколько столетий спустя, но Харрисон проектировал часы, рассчитанные на месяцы без регулировки и выдерживающие резкие движения и значительные перепады температуры.

Определения:

Меридиан : линия большого круга, проходящая через локацию (например, обсерваторию Ураниборг) и полюса. Это будет линия прямо на юг от Ураниборга. Звезда пересекает меридиан, когда кажется, что она находится точно к югу от небесного полюса.

Звездные часы : Звездные часы синхронизируются со звездами, а не с Солнцем. Земля на самом деле вращается за один звездный день (примерно на 4 минуты меньше обычного солнечного дня), но поскольку она немного сместилась по своей орбите, обычная точка отсчета (Солнце) немного сместилась, следовательно, солнечный день немного длиннее. чем звездный день.

Современным решением было бы использовать солнечные часы, а затем применять коррекцию на основе календаря (тривиально с микропроцессором). Но если вы имеете дело с механическими часами, так же легко заставить маятник работать немного быстрее.

Во времена Браге и Кеплера они не использовали прямое восхождение и склонение для записи движения планет. Эти координаты связаны с Землей, и со времен Гиппарха и Птолемея известно, что надо пользоваться эклиптической системой координат, т.е. системой, связанной с движением Солнца. (Эклиптика – это большой круг на небе, по которому движется Солнце. Все планеты движутся в плоскостях, близких к плоскости эклиптики). Соответствующие координаты называются (небесными) долготой и широтой.

Данные Браге о планетах состояли (грубо говоря) из положений планет (их долготы и широты) в некоторые известные моменты времени. Поскольку широты всех планет малы, можно рассматривать движение по долготе независимо от движения по широте, что упрощает задачу. Это движение неравномерно (и даже не всегда в одном направлении), поэтому задача состояла в том, чтобы создать кинематический механизм, который бы «объяснял» это движение. Такой механизм известен с древности, но дает небольшое расхождение с наблюдаемыми данными. Именно в попытках объяснить это несоответствие (в случае с Марсом) Кеплер сделал свои великие открытия (первый и второй законы). Много позже он также открыл 3-й закон.

Это замечательное открытие было, вероятно, величайшей революцией в истории астрономии.

Здесь можно найти немного больше объяснений:

http://www.math.purdue.edu/~eremenko/dvi/kepler.pdf