天空立法者“開普勒”

1571年12月27日，未足月的開普勒過于迫不及待地來到這個大千世界，因為早產，開普勒自幼體弱多病，一次天花差點奪去他的性命，一次猩紅熱使他一只眼睛高度近視，一只手幾乎殘廢。這樣一個充滿苦難的童年，不禁讓人感嘆上帝太過殘忍了。

雖然身體羸弱，但是開普勒卻聰明過人，從小成績一直名列前茅，并于1591年在杜賓根拿到神學碩士學位。但是受哥白尼日心說影響，開普勒成了一個不折不扣的日心說擁護者。

1594年，開普勒被聘請到奧地利格拉茨新教神學院教自然科學。雖然他的身體一直不好，但是他卻不肯放棄任何學習的機會：盡管一只眼睛視力很差，開普勒還是常常讀書讀到深夜，短短幾年，他竟然幾乎讀完了當時所有的天文著作。在長期的研究中，開普勒發(fā)現(xiàn)哥白尼把行星運動看成是以太陽為中心的勻速圓周運動似乎過于簡單了，于是24歲的他便開始了對行星運行的深入研究。

1596年，開普勒寫成了《神秘的宇宙》一書，并于1600年寄給了他最尊敬的丹麥天文學家，當時在德意志民族神圣羅馬帝國宮廷服務的第谷，54歲的第谷非常喜歡這個熱愛思考的年輕人，真誠相邀開普勒到布拉格一起研究天文學。

然而上帝又在這個年輕人身上開了一個殘忍的玩笑，開普勒與第谷一見如故，但是他們才剛剛一起工作了幾個月，第谷就病逝了。臨終前，第谷緊緊握住開普勒瘦弱的手，哀嘆著囑托他一定要完成自己未竟的事業(yè)，開普勒眼里蓄滿了淚水，用力地點了點頭。

開普勒雖然接過了第谷的衣缽，似乎是衣食無憂，可是由于三十年戰(zhàn)爭爆發(fā)，國王魯?shù)婪蚨乐灰箝_普勒能占卜天相，根本不管科學研究。不懂忽悠君主的開普勒只能在極端困難的條件下開展科研工作。為了研究地球的運行軌道，開普勒摸索出了一條極有創(chuàng)新性的道路，他先選擇火星與太陽作為參考點，然后利用三角定位法，根據(jù)二者的觀測軌跡確定地球的軌道形狀。

根據(jù)第谷留下的火星軌道數(shù)據(jù)，開普勒通過70多次探索，終于找到了一個可行的軌道方案，根據(jù)這個軌道開普勒再反推火星的軌道，發(fā)現(xiàn)與第谷的觀測數(shù)據(jù)相差8弧分，這小小的度數(shù)相當于秒針轉一格的五十分之一。會不會是第谷觀測有誤呢？秉承著一絲不茍的科學態(tài)度，開普勒無法忽視這微小的誤差，他也不愿相信一向嚴謹?shù)牡诠葧谟^測數(shù)據(jù)上犯馬虎。

第谷建立的汶島天文臺（網(wǎng)絡圖）

正是這嚴謹?shù)目茖W態(tài)度讓開普勒走上了革新的道路，通過多次的計算，開普勒終于得出結論：“行星繞太陽的運動不是勻速圓周運動，行星在軌道上的運動速度是變化的。太陽和行星的連線在相等時間內掃過相等的面積。”

這就是著名的開普勒第二定律。遠在哥白尼創(chuàng)立日心宇宙體系之前，許多學者對于天動地靜的觀念就提出過不同見解。但對天體遵循完美的均勻圓周運動這一觀念，從未有人敢懷疑。開普勒卻毅然否定了它。這是個非常大膽的創(chuàng)見。哥白尼知道幾個圓合并起來就可以產生橢圓，但他從來沒有用橢圓來描述過天體的軌道。

發(fā)現(xiàn)了這一重大自然規(guī)律，開普勒沒有停下探索的腳步，熟習幾何學的他很快便發(fā)現(xiàn)了行星運動的另一規(guī)律：“行星沿橢圓軌道運動，而太陽則位于橢園軌道的二個焦點之一。”1609年，這兩條重要的定律被開普勒寫到了《新天文學》和《論火星運動》中。

為了研究六大行星軌道半徑與運行周期的關系，開普勒又夜以繼日地開始了計算，在十年兵荒馬亂的年月里，開普勒拖著自己薄弱的身子辛苦地埋頭研究，終于得出了第個三定律：“所有行星橢圓軌道長半軸的三次方與其公轉周期的平方之比相等”。

行星橢圓軌道（網(wǎng)絡圖）

1619年，開普勒出版《宇宙和諧論》，發(fā)表了他嘔心瀝血得出的第三定律。終于完成了第谷的遺愿，開普勒帶著深深的欣慰寫道：“這正是我一生希望強烈探求的東西，也是和第谷一樣的追求……現(xiàn)在大功告成，書已經(jīng)寫成了……”

開普勒的三條行星運動定律改變了整個天文學，徹底摧毀了托勒密復雜的宇宙體系，并用定量的數(shù)學公式表達了哥白尼的日心說，使后世對行星運動有了明晰的概念。

開普勒對天文學最大的貢獻在于他試圖建立天體動力學， 從物理基礎上解釋太陽系結構的動力學原因。雖然他提出有關太陽發(fā)出的磁力驅使行星作軌道運動的觀點是錯誤的。 但它對后人尋找出太陽系結構的奧秘具有重大的啟發(fā)意義：為經(jīng)典力學的建立、牛頓的萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，都作出重要的提示。

開普勒與魯?shù)婪颍ňW(wǎng)絡圖）

后來，牛頓利用他的第二定律和萬有引力定律，在數(shù)學上嚴格地證明開普勒定律，也讓人們了解當中的物理意義。

科學史上有人這樣說：“第谷后面有國王，伽利略后面有公爵，牛頓后面有政府，但是開普勒后面只有疾病與貧困。”開普勒一生充滿了疾病與貧困，可是他卻從未放棄對科學真理的探索。

近400年后，開普勒號太空望遠鏡發(fā)射升空，就如開普勒那雙不知疲憊的眼睛一樣，眺望著遙遠的太空。

 

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天空立法：開普勒三定律

圖文簡介

?約翰尼斯·開普勒(1571—1630),杰出的德國天文學家，他發(fā)現(xiàn)了行星運動的三大定律，分別是軌道定律、面積定律和周期定律。