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因為現實與理想是有差距的，而只有橢圓形的軌道才可能是穩定的。開普勒三定律描述了太陽系行星運動軌跡的三大特徵，其第一定律就表明了行星的橢圓軌跡。但實際上，開普勒也曾對行星軌道是圓形的深信不疑，因為在他之前，畢達哥拉斯、柏拉圖、托勒密、哥白尼都認為行星的運動軌跡是正圓形的。

開普勒也曾認為行星的運動軌道是圓形。

在早期宗教信仰的浸潤下，天空是眾神靈的棲息地，是人類嚮往的美好之地，即便早期的天文學（由占星學發展而來）已經意識到天空只是各種天體的家園而已。但對於遠離地球的星空住客，遨遊星空的行星被認為具有某種神秘的完美性質，正圓形的軌跡，正是當時人們對於一個由完美的方式構建世界的假想，此外伽利略、第谷和哥白尼還認為行星必定是以勻速圓周運動在各自的軌道上運行，任何對此不同意見的觀點必定是對完美宇宙的否定，一種對世界的褻瀆。

因此一開始開普勒一直以行星必定以正圓形軌道為基礎來進行計算，然後他的計算結果，卻與第谷（當時全世界唯一能獲得行星視位置最精確數據的人）關於火星的觀測數據產生了無法忽略的誤差。在大量的反覆運算後，開普勒發現只要是以圓形軌道來計算，這些誤差就是不可避免的。

於是，開普勒不得不拋棄前人關於行星必定是以圓形的軌道運行的信仰，正如人們拋棄地心說一樣。開普勒第一次意識到天上的行星並非想象中的那麼完美，誰能確定行星的運行軌跡必須遵循我們心中的完美？

在測驗了眾多曲線軌跡後，最後開普勒終於在阿波羅尼奧斯編撰收錄的古書籍中，找到關於橢圓的計算公式，以這個公式計算出來的結果與第谷的火星觀測數據完美契合。這時，開普勒才發現行星圍繞恆星的運行軌跡不是正圓而是橢圓。並提出了描述行星運行軌跡的開普勒三定律。

開普勒三定律是什麼？

開普勒第一定律（軌道定律）：行星在橢圓軌道上運動，太陽位於其中一個焦點。

也就是說，行星一直在朝著太陽運動，卻永遠無法到達太陽。當一顆行星位於太陽最近處時，運動速度會達到最大，而當它距離太陽最遠時，運動速度將達到最低。

這與原來認為的勻速圓周運動完全不一樣，就因為這樣一個認知的改變，開普勒描繪行星運行的圖景變得越發清晰。

開普勒第二定律（面積定律）：行星在相同的時間內掃過與太陽之間的面積相同。

當行星靠近太陽時，由於速度快，在一定的時間內，行星走過的軌道弧線必定更大；而當行星遠離太陽時，由於速度慢，在同樣的時間內，行星走過的軌道弧線反而更小，但各自弧線與太陽構成的區間面積總是相等的。

開普勒第三定律（週期定律）：行星的運動週期的平方與其距離太陽的平均距離的立方成正比。

簡單地用數學公式表達的話，即T^2=R^3，其中T為行星繞太陽運動的公轉週期，以地球年為單位；R為行星與太陽的距離，以天文單位（地日距離）為單位。

比如，木星大概與太陽有5個天文單位的距離，所以R^3=5^3=125。125的平方根大概是11多點，所以木星的公轉週期就是11年多。

開普勒三定律完全是經驗性的總結，是基於第谷·布拉赫幾十年的觀察數據得出來的總結。在開普勒作為第谷助手時，也幸好第谷催促開普勒研究的是火星，而不是其他行星，不然開普勒可能永遠也發現不了行星軌道是橢圓的真實情況，因為當時已知的其他5大行星軌道偏離正圓的程度都沒有火星大。

在開普勒開創性的行星運動規律總結後，牛頓才提出了理論性的萬有引力定律，用抽象的簡單數學描述，第一次向人類展現了“世界的基本框架”。

“圓形是理想，橢圓才是現實”而理想與現實的差距，在於外界的干涉有多大。

開普勒雖然精準地描述了行星的運動軌跡，但開普勒當時卻認為造成這一結果的基本因素是磁場，但顯然磁力和引力是不同的。當牛頓萬有引力提出後，我們才可以說真正瞭解了行星運行軌跡的實質，全都是引力造成的結果。

凡是有質量的物體，都會產生引力。當我們對引力的產生有這樣一個基本認知，就不難發現，雖然太陽的質量佔到了太陽系的99.8%，對所有行星的運動起到了決定性的作用。

但要讓行星採用正圓形的軌道，就需要速度和距離在數學上具有非常固定的配合，而宇宙空間中存在太多的干擾因素，無法讓行星永遠保持這種固定配合。即便行星的軌道是圓形的，只要一點外來的擾動就會將其軌道變成橢圓形，所以行星處於橢圓的軌道才是常態，圓形軌道只是一種美好的憧憬而已。

而太陽系裡的八大行星，基本上都能清理各自軌道上週邊的引力干擾障礙物，所以它們基本都還是以近似圓形的軌道在運行，但它們彼此之間也會有一些影響，所以絕對無法是一個正圓形。而火星又離木星（太陽系最大的行星）最近，受木星引力的影響，火星的軌道當然也就是最偏離圓形的。

總結

宇宙美麗浩瀚，一樣充滿著紛紛擾擾。圓是一種具有詩意的絕對完美，而橢圓才是面對現實的絕對真實。

就像人無完人，面臨社會上的紛紛擾擾，沒有人能以完美的理想狀態活著，要麼瀟灑的主動改變，要麼苦逼的被動改變。但不管怎麼變，還是要圍繞心中的太陽，不然你就出軌了。

想法捕手

地球繞太陽的公轉軌道的確是橢圓，這是因為地球的運動速度與它所處的位置不匹配。

根據圓周運動的向心力公式F=mv²/r，其中F為向心力，在這裡由地球所受太陽引力GMm/r²提供，m為地球質量，v為地球公轉速度，r為日地平均距離，大小為1.49億千米，M為太陽質量，大小為1.9819x10^30千克，G為萬有引力常數，大小為6.67x10^-11牛·米²/千克²。因此上式變為F=mv²/r=GMm/r²，得出v=√GM/r，G和M一定，可以看出地球運動速度只與日地距離有關。不同位置距離對應著不同的速度，距離越遠，速度越小。

形成橢圓軌道的理論分析

如果地球的實際運動速度大於理論計算的作圓周運動應有速度，那地球的軌跡就會脫離圓周運動，開口變大，原因當然是這個速度做圓周運動需要的向心力大於太陽的引力。隨著地球軌跡偏移圓周，太陽對地球引力方向不再垂直於地球的運動方向，在地球運動反方向上受到一個引力分力加速度，對地球運動起到減速作用，直到它受到的引力大於它的實際速度對應的向心力，且引力方向與運動方向垂直時，地球停止遠離太陽，開始向太陽靠近（當然隨著遠離太陽，受到太陽的引力也在減小，不過因它的速度下降導致所需向心力也在減小，且減小速度大於引力減小速度，這意味著地球早晚會在太陽的引力作用下再次向太陽靠近），這個轉折點就是遠日點。

上面是假定地球的實際速度大於理論計算作圓周運動所需速度情況下的分析結果，那實際情況到底如何呢？

據科學家測定，地球近日點繞日的實際速度為30.3千米/秒。那理論計算是多少呢？下面我們來計算一下。按近地點日地距離r=v=√GM/r=√6.67x10^-11x1.9819x10^30/（1.471x10^11）≈29.97千米/秒，顯然實際速度大於理論計算值，因此如上分析，地球的公轉軌道是橢圓的。

實際上，在恆星系形成過程中，天體的實際運行速度都不可能和理論計算值完全一致，只不過那些差異較大的，或墜落中心天體，或飛離中心天體，剩下的這些差異較小的以橢圓軌道運行，宇宙中絕大多數天體軌道都是橢圓的。

物原愛牛毛1

在我們的現實接觸的物理常識都是出於伽利略變換，伽利略變換是由兩個相對做等速直線運動的參考系中的時空變換，它非常精準的描述了我們日常生活的低速世界，在伽利略變換中，我們的時間是線性的，均勻流逝的，空間是獨立的，我們測得的距離與在其中物體的運動無關。但愛因斯坦在提出相對論後我們發現很多很直觀的公式在達到光速時都並不能適用了。

在伽利略變換中我們將世界看做三維的空間，如果去確定一個東西的位置，只需要去確定三個點的座標，每一個點代表一個空間維度，這樣這個地方的具體位置便確定了。

但愛因斯坦在狹義相對論中不同意這種模型，他擴充座標點的三維轉動對稱性，加入時間，時間座標並不是獨立於空間的座標，事件需要用四個座標來標記；加入時間後，兩個時間之間的聯繫成為時空間隔。

當一個粒子在時空運動時，它的軌跡是一條線，它的世界線，你身體中所有的粒子都會描繪出一條世界線，如有有一個高維空間的“人”觀察時，你的一生就是粒子世界線的集合：所有的世界線收斂在你出生之時，猶如一條條蠕蟲在時空中蜿蜒行進，你死後他們各自按自己行程獨自繼續前進。

在四維的模型中，在測時空間隔的公式類似於兩點間的距離，但時間和空間單位不同，需要加入一個變換因子，即光速，光速作為空間和時間中不變量，即所有速度下的觀測者測量的光速都是c；

但不同慣性觀測者之間的座標關係公式為洛倫茲變換，洛倫茲變換將空間座標和時間座標混合起來。在一個接近光速的慣性觀測者和相對靜止中的觀測者測得的時間和距離都是不同的，時間的現象叫做時間膨脹，空間的現象叫做長度收縮；

如果時間可以膨脹，空間可以變短，那麼我們使用的常量便需要謹慎對待，能量是我們用常量定義出來的，如果一個子彈的速度接近光速，在測量中根據洛倫茲不變性，可以測得子彈具有不同的值，子彈的質量隨著速度加快而變大，增大的質量來源於能量，他們的關係是E=mc²；能量與質量並非獨立的。物質可以創造也可以消滅，只要對應的能量改變，質量只是能量的另一種高度凝聚的形式。

以上的觀點便是愛因斯坦提出的狹義相對論，在狹義相對論中，主要為慣性觀測者，這樣的觀測者可以意識到兩個事件時空間隔的不變性，但對於非慣性觀測者則不同，而我們所處於的位置並不同於慣性觀測者，我們是非慣性觀測者，接下來就是廣義相對論的思想。

你在一個密封的屋子裡，不會知道自己是否運動和多快的速度，但加速度會讓你感覺到力，即“慣性力”，那麼你在地球表面上和在1g加速度的飛船上感覺到的重量有區別嗎？並沒有，這便是愛因斯坦提出的等效原理——局域的引力場與加速運動不能區分。那麼，如果你在一個加速的房間裡，對著牆發射一束激光，這時飛船加速了，你的激光擊中的位置便偏下了，即加速度使光的運動路徑看起來變彎了，等效原理來看，引力場同樣能使光線彎曲。

那麼這個問題驚奇的發現光的傳播兩點距離最短，那麼在這路徑上最短的距離不是一條直線而是曲線，意味著，引力場存在的話，空間是彎曲的。

而在加速度中，測得的頻率同樣會發生變化，遠離觀測者的輻射會拉長，頻率變低，稱為紅移，向著觀測者的運動的物體輻射壓縮，頻率增高，稱為藍移；而鐘的根本含義是固定時間間隔內重複同一動作的裝置，那麼頻率的改變意味著引力場中不同位置的時間的快慢是不同的。所以在加速度的情況下或者引力場的情況下，時間也是彎曲的。

最後的結論是引力是可以彎曲時空的，愛因斯坦認為，引力就是時空幾何結構的彎曲和扭曲。

那麼我們看世界的方式便可以改變：光的傳播路徑必須是兩點之間的傳播時間最短的路徑，通常我們認為兩點之間最短的是直線，光在兩點之間直線傳播，因此我們一般認為空間是平坦的歐幾里得平面，如果光在引力場中發生彎曲，那麼兩點之間最短的傳播路徑應該是一條曲線，而不是一條直線。

我們回到之前的問題，地球之所以不按照圓形軌道圍繞太陽運動，是因為有力的作用迫使他不能這樣運動，也就是說橢圓形的路徑這本來就是地球在時空中最直的運動路徑，時空的彎曲是因為太陽的質量和能量造成的。

微觀創業

在太陽系中，不僅地球的運行軌道是橢圓的，其他行星的運行軌道也是橢圓的，太陽系有八顆行星，它們以不同的間隔圍繞著一箇中心太陽運行，每顆行星都在各自的橢圓軌道上。水星、金星、地球和火星一起構成了所謂的“內部”太陽系。這些行星旋轉得最快。

更進一步，你會發現“外部”系統，由木星、土星、天王星和海王星組成。這些行星彼此之間的距離比內環中的行星要遠得多，它們的軌道也往往要大得多。所有的軌道都是橢圓形的，儘管除了水星，它們看起來幾乎是完美的圓形。通常只有通過嚴格的數學計算，人們才會發現它們實際上是橢圓形的。

宇宙中存在4種潛在行星軌道

軌道背後的基礎科學是，兩個質量的物體對彼此有引力，從而影響它們在太空中的運動。這是天文物理學的一個基本原則。我們通常看到一個大天體和一個小得多天體的軌道，因此大物體相對靜止，而較小的天體則在"軌道"上運行。 要了解軌道，您還需要考慮兩個物體為系統帶來的能量，以及對軌道形狀的影響。

以太陽系為例，當一個天體接近太陽時，根據它的能量和速度，它將遵循四種可能的軌道之一：螺旋軌道、雙曲線軌道、橢圓軌道或圓形軌道。

螺旋軌道意味著天體將被太陽的引力以一個陡峭的角度吸引進來，也許是因為它的質量或能量非常低。這個天體將在太陽周圍形成一個緊密的螺旋，甚至不能稱之為軌道，它會越來越低直到撞擊到太陽表面。

雙曲線軌道出現在與太陽表面有很大速度或距離的天體上。天體靠近太陽時，其路徑將向太陽彎曲，但其速度和距離允許它繼續通過太陽，而不是被拉入重複軌道。在形成一個類似於u的雙曲線軌道路徑後，它將飛入太空，並且永遠不會返回，這與最後兩個軌道選項不同。

圓形軌道是想象的來的，雖然一些離太陽較近的行星形成了近乎完美的圓（地球只偏離3度），但真正的圓形軌道是很難實現的。這些條件必須是絕對完美的，即進入系統的能量創造出一個絕對沒有偏心率的軌道，這是可能的，但非常罕見。

橢圓軌道是我們太陽系中所有行星遵循的軌道，這也解釋了為什麼這種類型遠比完美圓更常見。當一個物體太小或太慢而無法逃脫太陽的引力時，它就會落入一個重複的橢圓軌道，這在很大程度上取決於它進入系統時的原始能量和軌道。軌道也會受到其他在軌行星物體的引力影響，使其不完美、偏心，並且高度依賴於其他因素。

形成橢圓的原因

想象一下：一個行星物體以很高的速度飛過太陽；在這一點上，它只有自己的速度，它是在最初創造時的爆炸中獲得的。當它接近太陽時，一種新的力，即太陽的引力作用在物體上，並開始把它拉向太陽的方向。但當它向太陽下落時，會增加一個新的分量；這是由於引力加速而產生的速度。這個分量，再加上行星的初始速度，可以防止它墜入太陽並形成橢圓軌道。簡而言之，行星的路徑和速度繼續受到太陽引力的影響，最終，行星會被拉回；返回的旅程從拋物線路徑的末端開始。這個拋物線形狀，一旦完成，形成一個橢圓軌道。

慣性和引力結合起來才能形成任何軌道，而且考慮到有許多其他因素可以影響軌道物體的速度和路徑（例如，其他質量/引力來源），圓軌道是極不可能的。

然而，如果你決定成為一名天體物理學家，也許這可以成為你的職業目標之一…找到儘可能多的完美圓形軌道！

科技領航人

為什麼講地球圍繞太陽公轉的軌道是橢圓形的？

我們又怎麼知道地球圍繞太陽公轉軌道是橢圓形的呢？這是不是錯覺。

我們從另一個方面來分析這個結論是否正確，還是十分的錯誤。

我們每一天都能夠經歷太陽的東昇西落，經歷著春夏秋冬四季分明的變化。

好像氣候沒有太大的變化，這就證明了一點，太陽與地球之間的距離保持著一個相等的距離，它們的半徑是一樣的。不會出現不同的半徑。

那麼地球和太陽的距離一樣，那就是一個正圓形而不是橢圓形。

如果地球與太陽有兩個半徑，就會出現極寒天氣與極熱天氣，因為兩個半徑接受的太陽的熱量不同。

在地球上就會出現這種現象，我們卻感覺不到。

有人馬上會問，不是有春夏秋冬四季變化嗎？

四季分明的季節，不是地球與太陽距離造成的，而是地球的中心這根軸與太陽光的照射有一個夾角，造成的。

我們只要看到地球赤道氣候始終不變就能夠知道，地球與太陽的半徑始終保持在一個同等的距離上。

這比兩個半徑的橢圓形的離太陽的距離所接受的太陽光輻射截然不同。

當太陽與地球處於橢圓形的大半徑時非洲大陸都會變成南極洲，甚至更加的寒冷。

而地球運行到與太陽距離最近的小半徑時，南極洲都會變成酷熱的火爐。

冰川融化，地球海平面上升，淹沒許多海拔低的地區。

寶樹白石

因為在數學和物理地理的課上表明，數學上地球就是一個球形，也是球體。意味著也是圓○形。如果要更深一步瞭解地球的運行軌道是橢圓，那就要探索偉大的自然科技奧秘的神奇之旅，緩慢有序的一步步瞭解地球的運行軌道之路，宇航員大概有機會探索，我只聽說過，書上看過，還未曾親眼目睹地球。

最熟悉的陌生人66117

我覺得可以用向心力等於引力推導出衛星的軌跡公式。不過對於衛星的每一個瞬間，衛星的速度是一個矢量動態值。所以需要解一個矢量微分方程，推導過程需要比較專業的知識。這個微分方程的解一定是一個橢圓方程。

黃驃馬主人

行星圍繞著恆星運行的軌道為什麼是橢圓的原因是:因為恆星也在前行，當行星運行一圈回來的時候恆星前行的距離就是行成橢圓的原因！

常青久

在距離平方反比律的牽引力作用下，物體都會做二次曲線軌道運動，通常是橢圓。圓是橢圓的特例，在自然運動中，出現特例的幾率很小，月球繞地運動算是很特異的，太接近圓了。

TonyDeng

地球的（所有行星的公轉軌道都是橢圓形的，只是各行星的公轉軌道橢圓狀態不同。）公轉橢圓軌道是如何形成，是地球向上兩個層次場源體的引.斥.靜三力場共同相互穿越傳動帶動地球內核體.外層圈體運動形成。是恆星太陽系引.斥.靜三力場穿越地球內核體中引.斥.靜三力體傳動帶動與銀河系引.斥.靜三力場穿越地球外層圈中引.斥.靜三力體傳動帶動形成。當地球被恆星太陽靜力場自轉穿越傳動帶動到秋分點與春分點之間時空區域時，地球就被銀河系與恆星太陽兩個層次的靜力場梯度逆向推斥著公轉自轉，所以在秋分點與春分點之間就形成了近日點。當地球被恆星太陽靜力場自轉穿越傳動帶動到春分點與秋分點之間時空區域時，地球就被恆星太陽靜力場梯度與銀河系靜力場梯度同向推斥著公轉自轉，所以在春分點與秋分點之間就形成了遠日點。

引力場.斥力場.靜力場​.半徑.緯度.梯度.平衡點

關鍵字: 行星 軌跡 軌道