¿Cómo hizo Kepler su descubrimiento?

A menudo se dice que usó los datos de Tycho.

Pero el movimiento aparente de un planeta es caótico, ¿verdad? La razón es simplemente que estamos viviendo y observando desde la tierra, pero no desde el sol.

Entonces, ¿cómo logró recuperar las órbitas regulares cerradas elípticas de los planetas a partir de los datos originales de Tycho? ¿Alguna buena referencia?

Alexandre Koyré, La revolución astronómica: Copérnico - Kepler - Borelli (ed. original, 1961).

Respuestas (1)

El movimiento de los planetas no es "caótico". De lo contrario, la predicción sería imposible. Los planetas se mueven según las Leyes de Kepler, con muy buena precisión.

Estrictamente hablando, la descripción del movimiento como regular o caótico depende de la escala de tiempo. En la escala de unos pocos miles de años, es muy regular, obedeciendo las leyes de Kepler. Las desviaciones de este movimiento regular son pequeñas. En la época de Kepler no se observaron.

En los siglos 18-19 se observaron estas desviaciones, se explicaron sobre la base de las leyes de Newton y permitieron el descubrimiento de nuevos planetas.

Pero pueden acumularse con el tiempo. Hubo una larga discusión sobre si realmente se acumulan o no (es decir, si el modelo matemático del sistema solar basado en las leyes de Newton es estable o no. Esta discusión no ha terminado).

Si miramos la escala de miles de millones de años, puede parecer mucho más complicado. Pero si es realmente caótico o no (en la escala de miles de millones de años) realmente no lo sabemos, y la pregunta tiene poco significado práctico, porque la vida útil de nuestro sistema solar es de solo unos pocos miles de millones de años.

La cuestión de cómo Kepler derivó sus leyes basándose en las observaciones de Brahe se discutió en este sitio:

¿A partir de qué datos Kepler elaboró ​​sus leyes?

La mejor fuente para esto es la propia Astronomia Nova de Kepler. Hay una traducción al inglés. En él, Kepler describió con gran detalle cómo, después de MUCHAS pruebas, descubrió la ley correcta. A diferencia de la mayoría de los otros autores, describe todo el proceso, incluidos todos sus errores, no solo el resultado final.

EDITAR. Explicar qué y cómo hizo Kepler, aunque sea de manera muy aproximada, necesita algunos antecedentes en la historia de la astronomía y un poco más de espacio del permitido aquí. Así que enlazo un archivo con una explicación no técnica con antecedentes esenciales:

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

Por caótico, en realidad me refiero a irregular, o simplemente no cerrado. Por ejemplo, el movimiento aparente de Marte muestra progrado y retrógrado. Nunca debe cerrar. Supongo que de eso tratan los datos originales de Tycho. ¿Cómo se puede llegar a las leyes de Kelper a partir de este tipo de datos?
Este complicado movimiento en realidad se descompone en otros más simples: un movimiento periódico, casi circular de la Tierra y un movimiento similar de Marte alrededor del Sol. Esto ya lo lograron Ptolomeo y Copérnico. El problema era que las trayectorias no son exactamente círculos y el movimiento no es exactamente uniforme. Los datos disponibles eran esencialmente muchos ángulos Sol-Tierra-Marte medidos en diferentes momentos. Es posible calcular a partir de estos datos la forma de las dos trayectorias (resultaron ser elipses) y la ley del movimiento (ley de áreas iguales). Pero esto requería conocimientos y mucha computación.