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开普勒(1571~1630)

  德国天文学家。1571年12月27日生于符腾堡,1630年11月15日卒于雷根斯堡。

目录

早期经历

  开普勒幼年体弱多病,12岁时入修道院学习。1587年进入蒂宾根大学,在校中遇到秘密宣传哥白尼学说的天文学教授麦斯特林。在他的影响下,很快成为哥白尼学说的忠实维护者。1591年获文学硕士学位,后曾想当路德教派牧师而学神学。但是,1594年他得到大学的有力推荐,中止了神学课程,去奥地利格拉茨的路德派高级中学任数学教师。在那里,他开始研究天文学。1596年出版《宇宙的神秘》一书而受到第谷的赏识,应邀到布拉格附近的天文台做研究工作。1600年,来到布拉格成为第谷的助手。次年,第谷去世,开普勒成为第谷事业的继承人。

前期的天文观测和天文光学工作

  开普勒视力不佳,但做了不少天文观测。1604年 9月30日在蛇夫座附近出现一颗新星,最亮时比木星还亮。开普勒对这颗新星进行了17个月的观测并发表了观测结果。历史上称它为开普勒新星(现在知道,这是一颗银河系内的超新星)。1607年,他观测了一颗大彗星,这就是后来的哈雷彗星

  开普勒对光学很有研究。1604年发表《对威蒂略的补充,天文光学说明》。1611年出版《光学》一书。这是一本阐述近代望远镜理论的著作。他把伽利略式望远镜的凹透镜的目镜改成用小凸透镜。这种望远镜被称为开普勒望远镜。

  开普勒还发现大气折射的近似定律,用很简单的方法计算大气折射,并且说明在天顶(不像第谷所相信的在高度45°)大气折射才为零。他最先认为大气有重量,并且正确地说明月全食时月亮呈红色是由于有一部分太阳光经过地球大气折射后投射到月亮上而造成的。

行星运动三定律的发现

  开普勒用很长的时间对第谷遗留下来的观测资料进行分析。起先他仍按传统观念,认为行星作匀速圆周运动。但是经过反复推算发现,对火星来说,无论按哥白尼的方法,还是按托勒密或第谷的方法,都不能算出同第谷的观测相合的结果。虽然黄经误差最大只有8┡,但是他坚信观测的结果。于是他想到,火星可能不是作匀速圆周运动的。他改用各种不同的几何曲线来表示火星的运动轨迹,终于发现了“火星沿椭圆轨道绕太阳运行,太阳处于焦点之一的位置”这一定律。这个发现把哥白尼学说向前推进了一大步。用开普勒本人的话说:“就凭这8┡差异,引起了天文学的全部革新!”接着他又发现,虽然火星运行的速度是不均匀的(最快时是在近日点,最慢时在远日点),但是,从任何一点开始,在单位时间内,向径扫过的面积却是不变的。这样,就得出了关于行星运动的第二条定律:“行星的向径,在相等时间内扫过相等的面积。”这两条定律,刊布于1609年出版的《新天文学》一书内。书中又指出,这两条定律也适用于其他行星和月球的运动。

  1612年,开普勒的保护人鲁道夫二世被迫退位,因而他也离开布拉格,去奥地利的林茨。当地专门为他设了一个数学家的职务。他在林茨继续研究天文学,探索各行星轨道之间的几何关系。经过长期繁复的计算和无数次失败,终于发现了关于行星运动的第三条定律:“行星公转周期的平方等于轨道半长轴的立方。”这一结果发表在1619年出版的《宇宙谐和论》中。行星运动三定律的发现为经典天文学奠定了基石,并导致了数十年后万有引力定律的发现。

后期的天文工作

  1618~1621年,他出版了《哥白尼天文学概要》。书中叙述他对宇宙结构和大小的观点。在1619~1620年期间出版的《彗星论》一书中,他指出彗尾总是背着太阳,是因为太阳光排斥彗头的物质所造成。这是在距今两个半世纪以前就预言了辐射压力的存在。

  开普勒当时最受到人们钦佩的工作,是1627年出版的《鲁道夫星表》。这是根据他的行星运动定律和第谷的观测资料编制的。根据此表可以知道行星的位置,其精确度比以前的各种星表都高,直到十八世纪中叶,它一直被视为天文学上的标准星表。他于1629年出版《稀奇的1631年天象》一书,预言1631年11月7日水星凌日现象,12月6日金星也将凌日。果然在预言的日期,巴黎的伽桑狄观测到水星通过日面。这是最早的水星凌日观测。至于那次金星凌日,因发生在夜间,在西欧看不到。

开普勒之死

  开普勒对天文学作出了卓越的贡献。然而,他的一生却是在极端艰难贫困的条件下度过的。1630年,他有几个月得不到薪俸,经济困难,不得不亲自前往雷根斯堡索取。到那里后他突然发烧,几天后就在贫病交困中去世。

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