Kepler törvényei és a Föld Nap körüli pályája

Miért nem egyforma hosszúak az évszakok? Miért „siet vagy késik” a Nap az óránkhoz képest? A válasz közös gyökere Johannes Kepler három törvénye, amelyek a 17. század elején leírták, hogyan mozognak a bolygók — köztük a Föld — a Nap körül.

Kepler három törvénye

1. Az ellipszis törvénye — a bolygók pályája ellipszis, amelynek egyik gyújtópontjában a Nap áll. A pálya tehát nem tökéletes kör: van egy Naphoz legközelebbi (perihélium) és egy legtávolabbi (aphélium) pont.
2. A területi törvény — a Naptól a bolygóhoz húzott vonal egyenlő idők alatt egyenlő területeket súrol. Ebből következik, hogy a bolygó a Naphoz közel gyorsabban, a Naptól távol lassabban mozog.
3. A harmonikus törvény — a keringési idő négyzete arányos a pálya fél-nagytengelyének köbével (T² ∝ a³). Ez köti össze a bolygók távolságát és „évük” hosszát.

Mit jelent ez a Föld számára?

A Föld pályája csak enyhén nyújtott (excentricitása ~0,0167), de ez is elég érzékelhető hatásokhoz:

• A Föld a perihéliumot január elején, az aphéliumot július elején éri el — épp fordítva, mint sokan gondolnák az évszakok alapján! Erről részletesen a perihélium és aphélium cikk szól.
• A második törvény miatt a Föld télen (perihélium közelében) gyorsabban, nyáron lassabban kering. Ezért az északi félteke tele rövidebb, mint a nyara — vagyis az évszakok nem egyforma hosszúak.
• Ugyanez a változó keringési sebesség (a tengelyferdeséggel együtt) okozza az időegyenletet, vagyis hogy a napóra hol siet, hol késik a középidőhöz képest — ennek éves grafikonját a nap adatai oldalon nézheted meg.

Miért fontos ez a naptárnak?

A naptár végső soron a Föld keringését próbálja egész napokra osztani. Kepler törvényei pontosan leírják ezt a keringést, így a modern efemeridák, napkelte–napnyugta-táblázatok és fogyatkozás-számítások mind ezen az alapon nyugszanak. A tengelyferdeség és az évszakok kapcsolatát az évszakok oldalon is megnézheted.

Gyakran ismételt kérdések

Kör vagy ellipszis a Föld pályája? Ellipszis, de csak enyhén nyújtott — a Nap az egyik gyújtópontjában áll.

Mikor van a Föld a legközelebb a Naphoz? Január elején (perihélium); a legtávolabb július elején (aphélium) — épp az évszakokhoz képest „fordítva”.

Hogyan függ össze Kepler a naptárral? A második törvény (változó keringési sebesség) miatt nem egyforma hosszúak az évszakok, és emiatt (a tengelyferdeséggel együtt) jön létre az időegyenlet is.