ley

primera ley de Kepler

Kepler's first law states that planets orbit the Sun in elliptical paths with the Sun at one focus.
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Descripción

Los planetas no giran alrededor del Sol en círculos perfectos; su trayectoria se asemeja a un círculo ligeramente achatado, una elipse. El Sol no está en el centro de la elipse, sino desplazado hacia uno de dos puntos especiales: los focos. En invierno, la Tierra está un poco más cerca de la estrella, en verano, más lejos. La diferencia de distancia es pequeña, pero es la que hace que el planeta a veces acelere y a veces frene. Esta misma danza elíptica la realizan los satélites alrededor de los planetas e incluso los exoplanetas alrededor de estrellas lejanas.

Historia

Johannes Kepler, trabajando en Praga con los datos observacionales más precisos de su época, los de Tycho Brahe, se centró en el enigmático comportamiento de Marte. Tras años de intentar describir su movimiento mediante combinaciones de círculos (epiciclos), se encontró con una discrepancia de 8 minutos de arco, demasiado grande para atribuirla a un error. Abandonando el dogma de los círculos perfectos, Kepler probó varias curvas ovaladas y finalmente eligió la elipse. Colocó al Sol en uno de los focos, no en el centro. El resultado fue inmediatamente confirmado por todas las posiciones de Marte. Así nació en 1609 la primera de las tres leyes, más tarde generalizada por Newton y convertida en el punto de partida de la mecánica celeste.

Cómo funciona

La ley se utiliza para calcular efemérides, las posiciones de los planetas en la esfera celeste. Junto con la segunda ley, proporciona la cinemática completa del movimiento orbital. La órbita queda definida por seis elementos, entre los cuales a y e son fundamentales. Las aplicaciones modernas incluyen el diseño de misiones (maniobras gravitacionales, transferencias de Hohmann), el análisis de curvas de luz y velocidades radiales de exoplanetas, y el estudio de la dinámica de cúmulos estelares. El límite de aplicabilidad son campos gravitacionales débiles y velocidades mucho menores que la de la luz. Cerca de agujeros negros o en sistemas con fuertes correcciones relativistas, la elipse de Kepler es reemplazada por la elipse precesante de la relatividad general (efecto Einstein).

Dato curioso

Marte le planteó a Kepler un verdadero desafío: ocho años de cálculos y unos cuarenta intentos de ajustar su órbita a un círculo fracasaron. Al abandonar el círculo perfecto, obtuvo la elipse, y la discrepancia con las observaciones se redujo a un par de minutos de arco. Así nació la primera ley, y de paso, la costumbre de no confiar en los viejos dogmas.

Concept graph →

Fórmulas

$$P = 2\pi \sqrt{\frac{a^3}{GM}}$$
Orbital period squared is proportional to semi-major axis cubed.
Qué hay en la fórmula
Pvariableorbital period — period second
avariablesemi-major axis of the orbit — longitud metre
Mvariablemass of the central body — masa kilogram
Gconstanteconstant of universal gravitation — constante gravitacional = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared
sqrtoperadortakes the square root — raíz cuadrada
p\approx2π\sqrt{\frac{r^3}{gm}} · 2605.04631v1
ω_p=\sqrt{\frac{(1+e)gm_\bullet}{r_p^3}} · 2606.02692v1
\frac{a^3}{p^2}=\frac{g(m_s+m_p)}{4π^2} · 2606.23774
p^2=\frac{4π^2a^3}{g(m_{wd}+m_{don})} · 2606.28993

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