[12月27日]科学历史上的今天——约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler)
1571年12月27日,约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler)出生于符腾堡的威尔德斯达特(现德国)。他构建了行星运动的三条定律,对行星绕太阳运动做了一个基本完整且正确的描述,解决了天文学的一个基本问题,为牛顿建立万有引力定律打下基础。
开普勒
他很小就开始接触天文学,这成了他的终生所爱。6岁的时候,他观察到1577年的大彗星(The Great Comet of 1577),他回忆“
妈妈带我去了一个高处看彗星”。1580年,9岁的他观察到另一起天文事件——月食,他回忆“被人叫到屋外,看到的月亮挺红的”。然而,开普勒因为小时候得过一次天花,视力和手受损,无法从事天文观测。
在图宾根大学,
开普勒跟随数学教授米歇尔·麦斯特林(Michael Maestlin)
学习了关于行星运动的托勒密学说(Ptolemaic_system)和哥白尼学说(Copernican system),他燃起了研究“日心模型”的兴趣。
1600年,第谷·布拉赫(Tycho Brahe)请开普勒到布拉格做自己的助手,工作的内容就是基于布拉赫仔细测量收集的天文观测数据,创建一份天文星表。布拉赫去世后,开普勒获得了布拉赫所记录的精密而详细的数据。
开普勒从布拉赫当初要求的计算火星轨道开始。1605年初,经过约40次试错,开普勒突然想到:轨道是个椭圆啊!他此前一直觉得椭圆太简单了,行星的轨道怎么可能这么简单,如果这么简单,其它人还不早就解决这个问题了。开普勒发现,椭圆轨道与火星的天文数据相符,他立即得出结论“所有行星绕椭圆运动,太阳是椭圆的一个焦点。”(即开普勒第一定律)。
开普勒多年的研究成果,凝聚于1609年出版的《新天文学》(
Astronomia Nova)。书中论述了开普勒定律的前两条。他的第三条定律于1619年发表于《世界的和谐》(
Harmonices Mundi)。
一直到17世纪60年代
,人们才认识到这些成果衍生出来的非凡意义。
结合了开普勒定律及克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)的离心力定律,艾萨克·牛顿(Isaac Newton)、埃德蒙·哈雷(Edmund Halley)、克里斯托弗·雷恩(Christopher Wren)、罗伯特·胡克(Robert Hooke)才能各自得出结论——“太阳和行星之间的吸引力和彼此距离的平方成反比”。
它推翻了包括开普勒、伽利略·伽利雷(Galileo Galilei)等人对于自由落体恒定加速的错误认识。
牛顿运用万有引力算出的轨道,和开普勒轨道吻合,由此证明了万有引力的合理性。
最终,开普勒也完成了布拉赫的愿望。他将数据整理分析后出版了天文星表。《鲁道夫星表》(
Tabulae Rudolphinae)于1623年完成,并于1627年印刷。
开普勒在光学和视觉研究上,也做出了贡献。1603年,开普勒停下手头其他工作,专注于光学理论。于1604年1月1日出版了《天文学中的光学》(
Astronomiae Pars Optica )。此外,他发明的"开普勒式望远镜"用了两个凸镜。比起伽利略
组合了凸镜和凹镜的望远镜,它的放大倍数更高。
开普勒是神圣罗马帝国的皇家数学家,服务皇帝鲁道夫及宫廷人员。
1630年11月15日,开普勒于雷根斯堡逝世,时年58岁。如今只有他自己写的墓志铭仍留存于世:
我曾测过天空,现在来测地上的阴影
思想游于天,身体留于地。
Mensus eram coelos, nunc terrae metior umbras
Mens coelestis erat, corporis umbra iacet.
资料来源:
https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.5.031383/full/
http://en.wikipedia.cn/wiki/Kepler
https://depts.washington.edu/hssexec/committee/hss_galileo.html
我们不需要英雄
但我们需要榜样
几只青椒
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