观测木星与开普勒三定律验证——研究性学习项目

本项目由清华大学附属中学学生团队完成，通过观测木星及其卫星，结合数据分析，验证开普勒三定律。适合对天文观测、物理定律验证和Python数据处理感兴趣的同学参考。

GitHub项目链接

小组成员

张诗瑶、张天一、韩天远、严嘉哲、李胤辰

项目简介

本研究性学习项目以“观测木星及其卫星运动，利用数据拟合方法验证开普勒三定律”为目标。通过多次观测、数据整理与Python编程分析，直观展示了天体运动规律。

操作方法

1. 运行 main.py
2. 输入木星卫星的观测位置信息
3. 程序自动生成卫星位置变化图像，并进行数据拟合
4. 最终输出用于验证开普勒第三定律的分析结果

开普勒三定律简介

第一条（椭圆轨道定律）

所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。

第二条（面积定律）

行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。

第三条（周期定律）

行星绕太阳运动的半长轴 a 的立方与周期 T 的平方成正比，即： $\frac{a^3}{T^2}=k$

实验原理

• 将卫星轨道半长轴近似为半径
• 利用 Python 的 scipy.optimize.curve_fit 进行数据拟合
• 通过拟合结果，选取多组数据进行定律验证
• 详细原理见 程序原理
• 使用时只需运行 curve fit 相关程序，leastsq 实现未成功（main.py 仅供参考）

项目进度

• 6.7：第一次观测
• 6.7：论文初稿完成
• 6.22：Python 拟合程序 v1.0 完成
• 暑假期间项目基本完成

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