Die Kepler'schen Gesetze

Wir weichen nun etwas von der Chronologie ab und bringen eine Reihe von Sätzen, die schon vor Newtons Entdeckung vom deutschen Astronom Johannes Kepler (1571-1630) gefunden wurden. Es handelt sich um die Kepler'schen Gesetze zur Beschreibung von Planetenbahnen [7, S. 7-2]:

1. Die Bahn jedes Planeten um die Sonne ist eine Ellipse, wobei in einem ihrer Brennpunkte die Sonne steht.
2. Der Radiusvektor von der Sonne zum Planeten überstreicht in gleichen Zeitabschnitten gleiche Flächen.
3. Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten sind direkt proportional zur dritten Potenz der großen Halbachsen ihrer jeweiligen Umlaufbahnen.

Diese drei Regeln beschreiben die Bahnen der um die Sonne bzw. die Erde orbitierenden Himmelskörper recht gut. Erst mit modernen Beobachtungsmethoden konnten Abweichungen (z. B. die Periheldrehung beim Merkur) festgestellt werden.

Die Kepler'schen Gesetze waren damit die erste Theorie zur Beschreibung der Gravitation. Sie sind zwar für die rechnerische Problemlösung hervorragend geeignet, vom theoretischen Standpunkt her sind sie jedoch unzureichend:

• Die Kepler'schen Gesetze beschreiben nur die Auswirkungen der Gravitation auf Planeten in ihren Umlaufbahnen. Für die Beschreibung der gravitativen Effekte auf der Erde sind sie ungeeignet.
• Die Gesetze Keplers lassen kein übergeordnetes Prinzip erkennen; sie erscheinen mehr oder weniger willkürlich.

In diesem Zusammenhang ist auch unser Abweichen von der Chronologie zu erklären: Die Newton'schen Axiome wurden im Kontext der Galilei-Invarianz betrachtet, Newtons Gravitationsgesetz soll hingegen als Erweiterung der Kepler'schen Gesetze eingeführt werden.