מטרת המחקר: לגבי ירחי יופיטר, המטרה הייתה לגלות את רדיוסי המסלול וזמני ההקפה של הירחים, לבדוק האם תנועתם מקיימת את חוקי קפלר וחוק הכבידה האוניברסלי, ולמצוא את מסתו של יופיטר ואת מהירויות הירחים. בנוסף, מטרת הניסוי המקדים למופעי ונוס הייתה למצוא קשר בין היחס של צירי האליפסה (הקו המפריד בין האור לצל) לבין זווית הראות של הכדור, שיסייע בהמשך לחקר מסלולו של ונוס.

שאלות המחקר:

• מהם רדיוסי המסלול וזמני ההקפה של כל אחד מירחי יופיטר?
• האם תנועת הירחים מקיימת את חוקי קפלר (מסלולים מעגליים/אליפטיים) ומושפעת מכוח הכבידה?
• מהי מסתו של יופיטר ומהן מהירויות ירחיו?
• מהו הקשר בין המופע (היחס בין האור לצל) לזווית שבין הצופה, ונוס והשמש?
• כיצד משתנים המופעים של ונוס לאורך מספר חודשים ואיך ניתן להיעזר בהם להבנת מסלולו?

מערך ומהלך המחקר:

חקר ירחי יופיטר: התלמידים כיוונו טלסקופ ליופיטר וצילמו את ירחיו. התמונות נותחו בתוכנת "טראקר", הונחה מערכת צירים ונבדק מיקומם (ציר X) של הירחים לאורך זמן. נוצרו גרפים של מיקום הירח כפונקציה של הזמן, והותאם להם קו מגמה של פונקציית קוסינוס (תנועה מעגלית). מתוך הגרפים חולצו רדיוס המסלול וזמן ההקפה. התוצאות הוצגו בגרף כפונקציית חזקה (זמן הקפה כתלות ברדיוס) ונערכה לינאריזציה כדי לחשב את מסת יופיטר. בנוסף נבדקה המהירות של גנימד לאורך שבוע כדי לבחון את צורת מסלולו האליפטי ולחשב את האקסצנטריות שלו.
ניסוי מקדים לונוס: בחדר חשוך הונח כדור צהוב עם מנורה. צולמו תמונות מנקודות מבט שונות (קפיצות של 22.5 מעלות) ובתוכנת טראקר חושב היחס בין צירי האליפסה של האזור המואר בכדור. המטרה הייתה לאשש את הקשר התיאורטי שהיחס תואם לקוסינוס הזווית בין הצופה, הכדור והאור.
דיון ומסקנות:

ירחי יופיטר: המדידות הראו התאמה טובה למודלים התיאורטיים ולערכים המוכרים בספרות עם שגיאות של אחוזים בודדים לגבי זמני הקפה, רדיוסים ומהירות. חישוב מסת יופיטר הניב שגיאה של כ-13%. התברר גם שמסלול הירח גנימד אינו מעגלי לחלוטין אלא אליפטי, אם כי חישוב האקסצנטריות לקה באי דיוק גדול לעומת הערך האמיתי. שגיאות הוסברו מקשיי דיוק בתוכנת טראקר, בהנחות הפשטניות (כמו הנחת מסלול מעגלי מושלם) וברגישות החישובים. התגלה קשר חזק (חזקת 1.55, קרוב ל-1.5 התיאורטי מחוקי קפלר) בין זמן המחזור לרדיוס המסלול.
ניסוי ונוס: בניסוי המקדים אושש הקשר הישיר בין המופע המואר לזווית. הגרף התאים לפונקציית קוסינוס תיאורטית עם אחוז שגיאה קטן (3.7%) הנובע מאי דיוקים בצילום ובמדידה. התלמידים מסכמים שניתן להשתמש בקשר זה להמשך חקר מסלול ונוס סביב השמש.