观察天体运动

找到了地球上物体的力学原理，牛顿又进一步地去探索天体奥秘。

很早以前，古人就从农业和航海等实际需要出发，开始了对天体运动的观察。那么日月星辰是怎样运动的呢？

希腊天文学家在 2 世纪写了《天文集》一书，阐述了地球是宇宙的中心， 静止不动，太阳，月球、其他行星都围绕地球运行。这就是托勒玫的地心体系即地心说。

1543 年波兰天文学家哥白尼在他的著作《天体运行论》中，详细地阐述了太阳是中心的学说，叫做日心说。

他认为，所有的行星都是沿着圆形轨道匀速地绕太阳旋转，月球绕地球旋转，同时跟着地球绕太阳旋转，月球是地球的卫星。地球除了绕太阳公转， 还每天自转一周，正是地球的自转，才使得日月星辰看来每天是东升西落。

德国天文学家开普勒，进一步研究了行星运动的规律，提出了开普勒三大定律。开普勒研究了行星运动的轨道、速率和周期，正确地回答了行星是怎样运动的问题。

那么行星为什么这样运动呢？牛顿着手研究行星轨道为什么是椭圆的和引力问题。

根据力学原理，牛顿认为，行星没有因惯性做匀速直线运动，而绕太阳做圆周运动，这必然有向心加速度，这个向心加速度可能是太阳对行星有引力的结果。

他用开普勒定律来推求这个引力。

计算的困难是难以想象的。地球如此庞大，要计算地球对其表面上某一个微小物体的引力有多大，谈何容易，何况还要计算地球对月球、太阳对行星的引力，更是困难重重。

直到 1685 年，牛顿充分应用数学这个工具，克服了计算上的困难，证明了一个由具有引力的物质组成的球体吸引它外边的物体时，就好像所有的质量都集中在它的中心一样。有了这个证明，把太阳、地球、月球都作为一个质点看待的简化方法，就显得很合理了。

这一成就克服了困难，于是他努力把天体的力和地球上的重力联系起来，用皮卡尔测量地球大小得到的最新数值，来计算月球运动。计算结果表明，月球的向心加速度与地面上物体的垂力加速度之比，正好等于地球半径的平方与月球到地心距离的平方比。

牛顿进一步计算地球对其表面物体的引力，太阳对行星的引力，发现引力是一样的，于是牛顿得出结论，地球对月球的引力和太阳对行星的引力是同一种性质的力，也就是地球吸引它表面附近物体的那种力。

1686 年，牛顿写出《自然哲学数学原理》，正式发表了万有引力定律。即任何两个物体间都有相互吸引力，这个力就叫万有引力，引力的人小跟它们的质量成正比，跟它们之间距离的平方成反比。

牛顿把哥白尼的观点、开普勒的定律、伽利略和他自己关于运动学和动力学的研究成果融汇一起，总结出万有引力定律，创立了把天体运动和地面物体运动统一起来的力学理论，构成了经典力学体系，取得了辉煌的成果。牛顿在谈到自己在科学上成功的原因时，谦逊地说：“因为我是站在巨

人肩上的缘故。”