Кеплер, сколько мог, был верен этому правилу; без колебания и упрямства отказывался он от своих самых любимых гипотез, если они уничтожались опытом.
Кеплер жил всегда в бедности, и поэтому принужден был работать для книгопродавцев, которые требовали от него почти ежедневных новостей; он не имел времени обдумывать свои мысли; он излагал их такими, какими рождались в его уме; он думал вслух. Много ли найдется мудрецов которые перенесли такую пытку?
Хотя в многочисленных сочинениях Кеплера находим и такие идеи, которые нельзя оправдать его стесненными обстоятельствами, однако мы не можем не быть к нему снисходительными, если вполне поймем тяжелую его жизнь и примем во внимание бедствия его семейства.
Такое мнение о причинах многих парадоксов Кеплера мы извлекли из сочинений Брейшверта, рассмотревшего в 1831 г. неизданные сочинения великого астронома, закончившего преобразования древней астрономии.
Иоганн Кеплер родился 27 декабря 1571 г. в Магштадте, в Вир-тембергском селе, находившемся в одной мили от императорского города Вейля (в Швабии). Он родился недоношенным и весьма слабым. Его отец, Генрих Кеплер, был сыном бургомистра этого города; его бедное семейство причисляло себя к дворянству; потому что один из Кеплеров был сделан рыцарем, при императоре Сигизмунде. Его мать, Катерина Гульденман, дочь трактирщика, была женщина без всякого образования; она не умела ни читать, ни писать, и провела свое детство у тетки, которую сожгли за колдовство.
Отец Кеплера был солдатом, сражавшимся против Бельгии под командованием герцога Альбы.
В шесть лет Кеплер перенес тяжелую оспу; едва он избавился от смерти, как в 1577 г. его послали в леонбергскую школу; но отец его, возвратившись из армии, нашел свое семейство совершенно разоренным одним банкротом, за которого оно имело неосторожность поручиться; тогда он открыл в Эмердингере кабак, взял сына из школы и заставил его прислуживать посетителям своего заведения. Эту должность исправлял Кеплер до двенадцатилетнего возраста.
И так тот, кому суждено было прославить и свое имя и свое отечество, начал жизнь в качестве кабацкого прислужника.
В тринадцать лет Кеплер опять сильно заболел и родители не надеялись на его выздоровление.
Между тем дела отца его шли худо, и потому он опять вступил в австрийскую армию, которая шла против Турции. С этого времени отец Кеплера пропал без вести; а мать его, женщина грубая и сварливая, истратила и последнее имущество семейства, доходившее до 4 тысяч флоринов.
Иоганн Кеплер имел двух братьев, походивших на свою мать; один был оловянщик, другой — солдат, и оба были совершенные негодяи. Таким образом, будущий астроном ничего не находил в своем семействе, кроме жгучего горя, которое совсем его уничтожило, если бы не утешала его сестра Маргарита, вышедшая замуж за протестантского пастора; но и этот родственник впоследствии сделался его врагом.
Когда отец Кеплера ушел из армии, тогда его заставили работать в поле; но слабый и тощий юноша не мог переносить тяжелых трудов; его назначили в богословы, и в восемнадцать лет (1589) поступил он в тюбингемскую семинарию и содержался там на казенный счет. При экзамене на степень бакалавра его не признали отличнейшим; этот титул достался Джону-Ипполиту Бренциусу, имя которого не найдете ни в одном историческом словаре, хотя издатели таких сборников весьма снисходительны и помещают в них всякий хлам. Впрочем в наших биографиях не раз встретимся с такими случаями, доказывающими нелепость школьного педантизма.
Кеплер потерпел неудачу не одной этой причине: еще сидя на школьной скамье, он принимал деятельное участие в протестантских теологических спорах, и т. к. его мнения были противны Виртемберг-скому правоверию, то решили, что он не достоин повышения в духовном звании.
К счастью Кеплера, Местлин, вызванный (1584) из Гейдельберга в Тюбинген на кафедру математики, сообщил его уму другое направление. Кеплер оставил теологию, но не совсем освободился от мистицизма, укорененного в нем первоначальным воспитанием. В это время Кеплер в первый раз увидел бессмертную книгу Коперника.
«Когда я, — говорит Кеплер, — оценил прелести философии, тогда я с жаром занялся всеми ее частями; но не обращал особого внимания на астрономию, хотя хорошо понимал все, что преподавалось из нее в школе. Я был воспитан на счет герцога Виртембергского, и видя, что мои товарищи вступают в его службу не совсем по их склонностям, я также решил принять первую предложенную мне должность».
Ему предложили должность профессора математики.
В 1593 г. двадцатидвухлетний Кеплер был определен профессором математики и нравственной философии в Греце. Он начал тем, что издал календарь по Григорианскому преобразованию.
В 1600г. в Штирии начались религиозные гонения; все профессора протестанты были выгнаны из Греца, в том числе и Кеплер, хотя он уже как бы был постоянным гражданином этого города, женившись (1597) на благородной и прекрасной женщине, Варваре Мюллер. Кеплер был третьим мужем, и выходя за него, она требовала свидетельства его благородства: Кеплер ездил хлопотать о том в Виртемберг. Брак был несчастливым.
После исторических подробностей открытия новой звезды в Змееносце и теоретических соображений об ее сверкании, Кеплер разбирает наблюдения, произведенные в различных местах, и доказывает, что звезда не имела ни собственного движения, ни годичного параллакса.
Хотя в книге своей Кеплер, по-видимому, оказывает презрение к астрологии. Однако после длинного опровержения критики Пик де ла Мирандоля, он допускает влияние планет на Землю, когда они бывают расположены между собой определенным образом. Между прочим, нельзя читать без удивления, что Меркурий может производить бури.
Тихо утверждал, что звезда 1572 г. образовалась из вещества млечного пути; звезда 1604 г. находилась так же близ этого светлого пояса; но Кеплер не считал возможным такое образование звезд, потому что со времен Птолемея млечный путь нимало не переменился. Но каким образом он уверился в неизменяемости млечного пути? — «Впрочем, — говорит Кеплер, — появление новой звезды уничтожает мнение Аристотеля, будто бы небо не может портиться».
Кеплер рассматривает, не имело ли появление новой звезды какого-нибудь соотношения с соединением планет, бывшим поблизости к ее месту? Но, будучи не в состоянии найти физическую причину образования звезды, он заключает: «Бог, беспрестанно пекущийся о мире, может повелеть появиться новому светилу в любом месте и в любое время».
В Германии была пословица: новая звезда — новый король. «Удивительно, — говорит Кеплер, — что ни один честолюбец не воспользовался народным предрассудком».
Касательно рассуждения Кеплера о новой звезде в Лебеде заметим, что автор употребил всю свою ученость для доказательства, что звезда действительно явилась вновь и не принадлежит к числу звезд переменных.
Тут же Кеплер доказывает, что время Рождества Христова определено не точно и что начало этой эры надо отодвинуть назад на четыре или на пять лет, так что 1606 г. надо считать или 1610 или 1611 годом.
Astronomia nova sive physica caelestis, tradita commetaris de motibus stellae Martis ex observationibus Tycho Brahe. — Прага , 1609 г .
В первых своих исследованиях для усовершенствования Рудолъфо-вых таблиц Кеплер не осмеливался еще отвергнуть эксцентрики и эпициклы Альмагеста, принимаемые также Коперником и Тихо, по причинам, заимствованным от метафизики и физики; он только утверждал, что соединения планет надо относить к истинному, а не к среднему Солнцу. Но чрезвычайно трудные и многолетние вычисления не удовлетворяли его: разности между вычислениями и наблюдения простирались до 5 и 6 минут градуса; от этих-то разностей он хотел освободиться и наконец открыл истинную систему мира. Тогда Кеплер решительно от движения планет по кругам около эксцентра, т. е. около точки воображаемой, невещественной. Вместе с такими кругами уничтожились и эпициклы. Он предположил, что Солнце есть центр движения планет, совершающихся по эллипсу, в одном из фокусов которого находится этот центр. Чтобы возвести такое предположение на степень теории, Кеплер произвел вычисления, удивительные по своей трудности и по своей продолжительности. Он показал беспримерно неутомимое постоянство в труде и непреодолимое упорство в достижении предложенной цели.
Такая работа была награждена тем, что вычисления, относительно Марса, основанные на его предположении, привели к выводам, совершенно согласным с наблюдениями Тихо.
Теория Кеплера состоит из двух положений: 1) планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится центр Солнца, и 2) планета двигается с такой скоростью, что радиусы-векторы описывают площади вырезок, пропорциональные временам движения. Из многочисленных наблюдений в Уранибурге Кеплер должен был выбрать наиспособнейшие для решения вопросов, соединенных с главной задачей и изобрести новые способы вычисления. Посредством такого благоразумного выбора, без всякого предположения, он доказал, что линии, в которых плоскости орбит всех планет пересекают эклиптику, проходят через центр Солнца и что эти плоскости наклонены к эклиптике почти под постоянными углами.
Мы заметили уже, что Кеплер производил вычисления чрезвычайно продолжительные и чрезвычайно обременительные, потому что в его время не знали еще логарифмов. Об этом предмете в «Истории астрономии» Бальи находим следующую статистическую оценку Кеп-лерова труда: «Усилия Кеплера невероятны. Каждое его вычисление занимает 10 страниц в листе; каждое вычисление он повторял по 70 раз; 70 повторений дают 700 страниц. Вычисляющие знают, сколько можно сделать ошибок и сколько раз надо было проделывать вычисления, занимающие 700 страниц: сколько же надо было употребить времени? Кеплер был человеком удивительным; он не испугался такого труда и труд не утомил умственных и физических его сил».
К этому надо прибавить, что Кеплер понимал огромность своего предприятия в самом его начале. Он рассказывает, что Ретик, отличный ученик Коперника, желал преобразовать астрономию; но никак не мог объяснить движения Марса. «Ретик, — продолжает Кеплер, — призвал на помощь своего домашнего гения, но гений, вероятно, рассердившись за нарушение своего покоя, схватил астронома за волосы, поднял его к потолку и, опустив на пол, сказал: вот движение Марса».
Эта шутка Кеплера доказывает всю трудность задачи, и поэтому можно судить об его удовольствии, когда он уверился, что планеты действительно обращаются по выше упомянутым двум законам. Удовольствие свое Кеплер выразил в словах, обращенных к памяти несчастного Рамюса.
Если бы Земля и Луна, в предположении, что они одинаково плотны, не были удерживаемы в своих орбитах животною или какой-нибудь другой силой: то Земля приблизилась к Луне на 54-ю часть разделяющего их расстояния, а луна прошла бы остальные 53 части и они соединились бы.
Если бы Земля перестала притягивать свои воды, то все моря поднялись бы и соединились бы с Луной. Если притягательная сила Луны простирается до Земли, то, обратно, такая же сила Земли достигает Луны и распространяется далее. И так все подобное Земле не может не подлежать ее притягательной силе.
Нет вещества абсолютно легкого; одно тело легче другого, потому что одно тело реже другого. «Я, — говорит Кеплер, — называю редким то тело, которое, при данном объеме, имеет мало вещества».
Не надо воображать, что легкие тела поднимаются и не притягиваются: они притягиваются менее тел тяжелых и тяжелые тела их вытесняют.
Движущая сила планет находится в Солнце и слабеет с увеличением расстояния от этого светила.
Когда Кеплер допустил, что Солнце есть причина обращения планет, тогда он должен был допустить, что оно обращается на своей оси по направлению поступательного движения планет. Это следствие теории Кеплера доказано впоследствии солнечными пятнами; но к теории своей Кеплер прибавил обстоятельства, которые не оправдались наблюдениями.
Dioptrica, и пр. — Франкфурт, 1611 г.; перепечатана в Лондоне 1653 г.
Кажется, чтобы написать диоптрику, надо было знать закон, по которому происходит преломление света, когда он переходит из редкого вещества (среды) в плотное, — закон, открытый Декартом ; по как при малых углах падения, углы преломления, почти пропорциональны первым: то Кеплер, в основании своих исследований, принял эти приблизительные отношения и изучил свойства плоско-сферических стекол, а так же сферических, поверхности которых имеют равные радиусы. Здесь-то находим формулы для вычисления расстояний фокусом упомянутых стекол. Эти формулы до сих пор употребляются.
В той же книге находим, что он первый дал понятие о подзорных трубах из двух выпуклых стекол. Галилей всегда употреблял трубы, составленные из одного стекла выпуклого и другого, глазного, вогнутого. И так с Кеплера надо начинать историю астрономических труб, единственно способных для снарядов с делениями, предназначенными для измерения углов. Что же касается правила, определяющего увеличение подзорной трубы и состоящего в разделении расстояния фокуса предметного стекла на расстояние фокуса стекла глазного, то оно открыто не Кеплером, но Гюйгенсом.
Кеплер, составляя свою диоптрику, знал уже, что Галилей открыл юпитеровы спутники: из кратковременных их обращений он заключил, что планета должна также обращаться на своей оси, притом — менее, нежели в 24 часа. Это заключения оправдалось не скоро после Кеплера.
Nova stereometria doliorum vinariorum. — Линц, 1615 г.
Эта книга есть чисто геометрическая; в ней автор рассматривает особенно тела, происходящие от вращения эллипса около различных его осей. В ней так же предложен способ для измерения вместимости бочек.
<>bHarmonicces mundi libri quinque, и пр. — Линц, 1619 г.
Здесь Кеплер отдает отчет об открытии третьего своего закона, именно: квадраты времен вращений планет пропорциональны кубам их расстояний от Солнца.
18 марта 1618 г. вздумал он сравнить квадраты времен вращений с кубами расстояний: но, по ошибке вычисления, он нашел, что закон неверен; 15 мая он вновь переделал вычисления, и закон оправдался. Но и тут Кеплер сомневался в нем, потому что во втором вычислении также могла быть ошибка. «Однако же, — говорит Кеплер, — после всех проверок я убедился, что закон совершенно согласен с наблюдениями Тихо. И так открытие не подлежит сомнению».
К удивлению, к этому великому открытию Кеплер примешал множество странных и совершенно ложных идей. Открытый им закон увлек его воображение к пифагоровым гармониям.
«В музыке тел небесных, — говорит Кеплер, — Сатурн и Юпитер соответствуют басу, Марс — тенору, Земля и Венера — контральто, а Меркурий — фальцету».
То же великое открытие обезображено верою Кеплера в астрологические бредни. Например, он утверждал, что соединения планет всегда возмущает нашу атмосферу и проч.
De cometis libelli tres, и пр . — Аугсбург , 1619 г .
Прочитав три главы этого сочинения, нельзя не удивиться, что Кеплер, открывший законы движения планет около Солнца, утверждал, что кометы двигаются по прямым линиям. «Наблюдения над течением этих светил — говорит он — не заслуживают внимания, потому что они не возвращаются». Такое заключение удивительно потому, что оно относится к комете 1607 г., которая являлась тогда в третий раз. А еще удивительнее то, что из неверного предположения он вывел верные следствия об огромном расстоянии кометы от Земли.
«Вода, особенно соленая, производит рыбы; эфир производит кометы. Творец не хотел, чтобы неизмеримые моря были без жителей; Он хотел также населить и небесное пространство. Число комет должно быть чрезвычайно большое; мы не видим много комет потому, что они не приближаются к Земле и весьма скоро уничтожаются».
Возле таких бредней заблуждавшегося воображения Кеплера находим идеи, вошедшие в науку. Например, солнечные лучи, проникая в кометы постоянно отрывают от них частицы их вещества и образуют их хвосты.
По свидетельству Эфора, Сенека, упомянув о комете, разделившейся на две части, которые приняли различные пути, считал это наблюдение совершенно ложным. Кеплер сильно осуждал римского философа. Едва ли не справедлива строгость Кеплера, хотя почти все астрономы на стороне Сенеки: в наше время астрономы были свидетелями подобного события в небесном пространстве; они видели две части одной кометы, принявшие различные пути. Никогда не надо пренебрегать предвидениями или гаданиями гениальных людей.
Книга о кометах издана в 1619 г., т. е. после великих открытий Кеплера; но ее последняя глава особенно наполнена астрологическими бреднями о влиянии комет на события подлунного мира, от которого они находятся в больших расстояниях. Говорю: в расстояниях, потому что комета может произвести болезни, даже чуму, когда ее хвост покроет Землю, ибо кто знает сущность вещества комет?
Epitome astronomiae copernicanae, и пр .
Это сочинение состоит из двух томов, выходивших в Аенце в различные годы: 1618, 1621 и 1622. В них содержатся следующие открытия, распространившие область науки:
Солнце есть неподвижная звезда; оно кажется нам более всех прочих звезд, потому что ближе всех к Земле.
Известно, что Солнце вращается на своей оси (показали это наблюдения над пятнами); следственно так же должны вращаться и планеты.
Кометы составлены из вещества, способного расширяться и сжиматься, — из вещества, которое солнечные лучи могут уносить на большие расстояния.
Радиус сферы звезд по крайней мере в две тысячи раз более расстояния Сатурна.
Солнечные пятна суть облака или густой дым, поднимающийся из недр Солнца и сгорающий на его поверхности.
Солнце вращается, и поэтому его притягательная сила направлена в различные стороны неба: когда Солнце овладеет какой-нибудь планетой, тогда заставит ее вращаться вместе с собою.
Центр движения планет находится в центре Солнца.
Свет, которым Луна окружается во время полных солнечных затмений, принадлежит атмосфере Солнца. Кроме того, Кеплер думал, что эта атмосфера иногда бывает видима после захождения Солнца. По этому замечанию можно подумать, что Кеплер первый открыл зодиакальный свет; но он ничего не говорит о форме света; следовательно, мы не имеем права Д. Кассини и Шальдрея лишать чести их открытий.
Jo. Kepleri tabulae Rudolphinae, и пр. — Ульм, 1627 г.
Эти таблицы начал Тихо, а кончил Кеплер, потрудившись над ними 26 лет. Название свое они получили от имени императора Рудольфа, который был покровителем обоих астрономов, но не давал им обещанного жалования.
В той же книге содержится история открытия логарифмов, которое однако же нельзя отнять от Непера, первого их изобретателя. Право изобретения принадлежит тому, кто первый выпустил его в свет.
Прусские таблицы, так названные потому, что посвящены Ал-берту Брандебургскому, герцогу Пруссии, были изданы Рейнгольдом в 1551 г. О ни основывались на наблюдениях Птолемея и Коперника . По сравнению с «таблицами рудольфовыми», составленными по наблюдениям Тихо и по новой теории, в рейнгольдовых таблицах ошибки простираются до многих градусов.
В этом посмертном сочинение Кеплера, изданном его сыном в 1634 г., содержится описание астрономических явлений для наблюдателя, находящегося на Луне. Некоторые сочинители астрономических учебников так же занимались подобными описаниями, перенося наблюдателей на разные планеты. Такие описания полезны для начинающих, и справедливость требует сказать, что Кеплер первый открыл к тому дорогу.
Вот названия других сочинений Кеплера, показывающих, какую трудолюбивую жизнь вел великий астроном:
Nova dissertatiuncula de fundamentis astrologiae certioribus, и пр. — Прага, 1602 г.
Epistola ad rerum coelestium amatores universos, и пр. — Прага, 1605 г.
Sylva chronologica. — Франкфурт, 1606 г.
Подробная история новой кометы 1607, и пр. На немецком; в Галле, 1608 г.
Phoenomenon singulare, seu Mercurius in Sole, и пр. Лейпциг, 1609 г.
Dissertatio cum Nuncio sidereo nuper ad mortales misso a Galileo. — Прага, 1610 г.; в том же году была перепечатана во Флоренции, и в 1611 г. во Франкфурте.
Narration de observatis a se quatuor Jovis satellitibus erronibus quos Galilaeus medica sidera nuncupavit. Прага, 1610 г.
Jo. Kepleri strena, seu de nive sexangula. Франкфурт, 1611 г.
Kepleri eclogae chronicae ex epistolis doctissimorum aliquot virorum et suis mutuis. Франкфурт, 1615 г.
Ephtmerides novae, и пр. — кеплеровы эфемериды издавались до 1628 г. и всегда на год вперед; но печатались по истечении года. После Кеплера, их продолжил Барчий, зять Кеплера. Известия о несчастьях для правительства и церквей, особенно о кометах и землетрясениях в 1618 и 1619 г. На немецком, 1619 г.
Затмения 1620 и 1621 г. на немецком, в Ульме, 1621 г.
Kepleri apologia pro suo opere Harmonices mundi, и пр. Франкфурт, 1622 г.
Discursus conjuctionis Saturni et Joves in Leone. Линц, 1623 г.
Jo. Kepleri chilias logarithmorum. Марбург, 1624 г.
Jo. Kepleri hyperaspistes Tychonis contra anti-Tychonem Scipionis Claramonti, и пр. Фракфурт, 1625 г.
Jo. Kepleri supplementum chiliadis logaritmorum. Acnypr, 1625 r.
Admonitio ad astronomos rerumque coelestium studiosos de miris rarisque anni 1631 phoenomenis, Veneris puta et Mercurii in Solem incursu. Лейпциг, 1629 г.
Responsio ad epistolum jac. Bartschii praefixam ephemeridi anni 1629, и пр. Саган, 1629.
Sportula genethliacis missa de Tab. Rudolphi usu in computationibus astrologicis, cum modo dirigendi novo et naturali. Саган, 1529 г.
Ганш в 1718 г. издал один том, содержащий в себе часть рукописей, оставшихся после Кеплера; обещанный им второй том не вышел, по недостатку средств. Еще восемнадцать тетрадей неизданных рукописей были куплены Императорской С. Петербургской академией наук в 1775 г.
Иоганн Кеплер родился 27 декабря 1571 г. в германской земле Штуттгарт в семье Гайнриха Кеплера и Катарины Гульденманн. Считалось, что Келперы были богачами, однако, к моменту рождения мальчика, богатства в семье значительно поубавилось. Гайнрих Кеплер зарабатывал на жизнь торговлей. Когда Иоганну было 5 лет, отец уходит из семьи. Мать мальчика, Катарина Гульденманн, была травницей и целительницей, а позже, чтобы прокормить себя и ребёнка, даже предпринимала попытки занятия колдовством. По слухам, Кеплер был мальчиком болезненным, хилый телом и слабый умом.
Однако же с ранних лет он проявлял интерес к математике, нередко поражая окружающих своими способностями к этой науке. Ещё в детстве Кеплер знакомится с астрономией, и любовь к этой науке он пронесёт через всю свою жизнь. Изредка он, вместе со своей семьёй, наблюдает затмения и появление комет, однако плохое зрение и поражённые оспой руки не позволяют ему серьёзно заниматься астрономическими наблюдениями.
Образование
В 1589 г., окончив среднюю и латинскую школы, Кеплер поступает в Тюбингенскую духовную семинарию при Тюбингенском университете. Именно здесь он впервые проявит себя как грамотный математик и искусный астролог. В семинарии он изучает также философию и теологию под руководством выдающихся личностей своего времени – Витуса Мюллера и Якова Хеербранда. В Тюбингенском университете Кеплер знакомится с планетарными системами Коперника и Птолемея. Склоняясь к системе Коперника, Кеплер принимает Солнце за основной источник движущей силы во Вселенной. Оканчивая университет, он мечтает заполучить государственную должность, однако, после предложения занять пост профессора математики и астрономии в Протестантской школе Граца, тут же отказывается от своих политических амбиций. Пост профессора Кеплер занял в 1594 г., когда ему было всего 23 года.
Научная деятельность
Во время преподавания в Протестантской школе, Кеплеру, по его собственным словам, «явилось видение» космического плана строения Вселенной. В защиту своих коперниканских взглядов, Кеплер представляет периодическую связь планет, Сатурна и Юпитера, в зодиаке. Он также направляет свои усилия на определение зависимости между расстояниями планет от Солнца и размерами правильных многогранников, утверждая, что ему открылась геометрия Вселенной.
Большинство теорий Кеплера, основывавшихся на системе Коперника, вытекало из его убеждения во взаимосвязи научного и богословского взглядов на Вселенную. В результате такого подхода, в 1596 г. учёный пишет свою первую, и, пожалуй, самую спорную из своих работ по астрономии «Тайна Вселенной». Этим трудом он завоёвывает репутацию умелого астронома. В дальнейшем, в свою работу Кеплер внесёт лишь небольшие поправки, и примет её за основу ряда своих будущих трудов. Второе издание «Тайны» появится в 1621 г., с рядом поправок и дополнений от автора.
Публикация повышает амбиции учёного, и он решает расширить поле своей деятельности. Он принимается ещё за четыре научных труда: о неизменности Вселенной, о влиянии небес на Землю, о движениях планет и о физической природе звёздных тел. Свои работы и предположения он рассылает многим астрономам, чьи взгляды он поддерживает, и чьи работы служат для него примером, с целью получения их одобрения. Одно из этих писем оборачивается дружбой с Тихо Браге, с которым Кеплер обсуждет множество вопросов относительно астрономических и небесных явлений.
А в это время в Протестантской школе Граца назревает религиозный конфликт, который ставит под угрозу дальнейшее его преподавание в школе, а потому он покидает учебное заведение и присоединяется к астрономическим трудам Тихо. 1 января 1600 г. Кеплер уезжает из Граца и отправляется работать к Тихо. Результатом их совместной работы станут выдающиеся труды «Астрономия с точки зрения оптики», «Рудольфовы таблицы» и «Прусские таблицы». Рудольфовы и прусские таблицы были представлены императору Священной Римской империи Рудольфу II. Но в 1601 г. Тихо внезапно умирает, и Коперник назначается императорским математиком, на которого возлагается ответственность закончить начатый Тихо труд. При императоре Кеплер дослужился до главного астрологического советника. Помогал он правителю и во время политических смут, не забывая при этом своих трудов по астрономии. В 1610 г. Кеплер начинает совместную работу с Галилео Галилеем, и даже издаёт свои собственные телескопические наблюдения за спутниками различных планет. В 1611 г. Кеплер конструирует телескоп для астрономических наблюдений собственного изобретения, который так и назовёт – «кеплеровский телескоп».
Наблюдения сверхновой
В 1604 г. учёный наблюдает на звёздном небе новую яркую вечернюю звезду, и, не веря своим глазам, замечает вокруг неё туманность. Подобную сверхновую можно наблюдать лишь раз в 800 лет! Считается, что такая звезда появлялась на небе при рождении Христа и в начале правления Карла Великого. После такого уникального зрелища, Кеплер проверяет астрономические свойства звезды и даже начинает изучение небесных сфер. Его вычисления параллакса в астрономии выводят его на первый план в этой науке и укрепляют его репутацию.
Личная жизнь
За свою жизнь Кеплеру пришлось пережить немало эмоциональных потрясений. 27 апреля 1597 г. он женился на Барбаре Мюллер, к тому времени дважды вдове, у которой уже была юная дочь, Джемма. В первый же год супружеской жизни у Кеплеров рождается двое дочерей.
Обе девочки умирают ещё в младенчестве. В последующие годы в семье родится ещё трое детей. Однако здоровье Барбары пошатнулось, и в 1612 г. она умирает.
30 октября 1613 г. Кеплер женится снова. Пересмотрев одиннадцать партий, он останавливает свой выбор на 24-летней Сузанне Реуттинген. Первые трое детей, родившиеся от этого союза, умирают в младенчестве. Судя по всему, вторая женитьба оказалась счастливее первой. В довершение семейных бедствий, мать Кеплера обвиняют в занятии колдовством и заключают в тюрьму на четырнадцать месяцев. По свидетельствам очевидцев, во время всего процесса сын не оставлял мать.
Смерть и наследие
Кеплер умер как раз перед тем, как должен был наблюдать прохождения Меркурия и Венеры, которые ожидал с большим нетерпением. Он скончался 15 ноября 1630 г., в Регенсбурге, в Германии, после непродолжительной болезни. Многие годы на законы Кеплера смотрели скептически. Однако, спустя некоторое время, учёные взялись проверить теории Кеплера, и, постепенно, стали соглашаться с его открытиями. «Сокращение коперниковой астрономии» – главный проводник идей Кеплера – много лет служил руководством астрономам. Известные учёные – как, например, Ньютон, – строили свои теории на работах Кеплера.
Известен Кеплер также и своими философскими и математическими трудами. Целый ряд именитых композиторов посвятили Кеплеру музыкальные композиции и оперы, «Гармония мира» в их числе.
В 2009 г., в память о вкладе Кеплера в развитие астрономии, управление НАСА провозгласило миссию «Кеплер».
Основные труды
- «Новая астрономия»
- «Астрономия с точки зрения оптики»
- «Тайна Вселенной»
- «Сон»
- «Новогодний подарок, или О шестиугольных снежинках»
- «Догадки Кеплера»
- «Закон неразрывности»
- «Кеплеровские законы движения планет»
- «Сокращение коперниковой астрономии»
- «Гармония мира»
- «Рудольфовы таблицы»
Оценка по биографии
Новая функция! Средняя оценка, которую получила эта биография. Показать оценку
Вскоре после смерти Коперника на основе его системы мира астрономы составили таблицы движений планет. Эти таблицы лучше согласовывались с наблюдениями, чем прежние таблицы, составлявшиеся еще по Птолемею. Но спустя некоторое время астрономы обнаружили расхождение и этих таблиц с данными наблюдений движения небесных тел.
Для передовых ученых было ясно, что учение Коперника правильно, но надо было глубже исследовать и выяснить законы движения планет. Эту задачу решил великий немецкий ученый Иоганн Кеплер .
Кеплер родился в 1571 г. в Южной Германии. В те времена Германия была раздроблена на мелкие государства; междоусобные и религиозные войны разоряли население и препятствовали развитию культуры и просвещения.
Кеплер родился в бедной семье, и поэтому ему с большим трудом удалось окончить школу и поступить в университет в г. Тюбингене. Здесь он с увлечением занимался математикой и астрономией. Его учитель проф. Местлин втайне был последователем Коперника. Конечно, в университете Местлин преподавал астрономию по Птолемею, но дома он знакомил своего ученика с основами нового учения. И вскоре Кеплер стал горячим и убежденным сторонником теории Коперника .
В отличие от Местлина, Кеплер не скрывал своих взглядов и убеждений . Открытая пропаганда учения Коперника очень скоро навлекла на него ненависть местных богословов. Это отразилось на судьбе Кеплера : окончив университет, он вынужден был скитаться по разным городам, занимаясь случайными работами.
Возможность всецело заняться любимой астрономией открылась для Кеплера только в 1600 г., когда приехавший в Прагу знаменитый датский астроном-наблюдатель Тихо Браге предложил ему работу в качестве своего помощника для наблюдений неба и астрономических вычислений.
Незадолго перед этим Тихо Браге сам вынужден был оставить свою родину Данию и выстроенную им там обсерваторию, где он в течение четверти века вел астрономические наблюдения. Эта обсерватория была снабжена лучшими измерительными инструментами, а сам Тихо Браге был искуснейшим наблюдателем.
Когда датский король лишил Тихо Браге средств на содержание обсерватории, он уехал в Прагу. Тихо Браге с большим интересом относился к учению Коперника, но сторонником его не был. Он выдвигал свое объяснение устройства мира: планеты он признавал спутниками Солнца, а Солнце, Луну и звезды считал телами, обращающимися вокруг Земли, за которой, таким образом, сохранялось положение центра всей Вселенной.
Тихо Браге работал вместе с Кеплером недолго : в 1601 г. Тихо Браге умер. После его смерти Кеплер начал изучать оставшиеся материалы с данными долголетних астрономических наблюдений. Работая над ними, в особенности над материалами о движении Марса, Кеплер сделал замечательное открытие: он вывел законы движения планет, ставшие основой теоретической астрономии.
Философы Древней Греции думали, что круг - это самая совершенная геометрическая форма . А если так, то и планеты должны совершать свои обращения только по правильным кругам (окружностям). Кеплер пришел к мысли о неправильности установившегося с древности мнения о круговой форме планетных орбит. Путем вычислений он доказал, что планеты движутся но по кругам, а по эллипсам - замкнутым кривым, форма которых несколько отличается от круга. Первый закон Кеплера - эллиптическое движение планет. Солнце находится не в центре эллипса, а в особой точке, называемой фокусом
Из этого следует, что расстояние планеты от Солнца не всегда одинаковое. Кеплер нашел, что скорость, с которой движется планета вокруг Солнца, также не всегда одинакова : подходя ближе к Солнцу, планета движется быстрее, а отходя дальше от него - медленнее. Эта особенность в движении планет составляет второй закон Кеплера .
Уже Коперник с достаточной для его времени точностью определил расстояния планет от Солнца. Периоды обращения планет также были уже известны. Кеплер установил строгую зависимость между временем обращения планет и их расстоянием от Солнца. Оказалось, что квадраты периодов обращения любых двух планет относятся между собой как кубы их средних расстояний от Солнца. Это - третий закон Кеплера .
Читатель легко может проверить правильность этого закона. Например, среднее расстояние Юпитера от Солнца в 5,2 раза (округленно) больше, чем среднее расстояние Земли от Солнца. Продолжительность обращения Юпитера составляет 11,9 земного года. Легко убедиться, что куб первого числа и квадрат второго почти равны: (5,2) в кубе = 140,6,а (11,9) в квадрате = 141,6. Небольшая разница между ними объясняется округлениями обеих величин до десятых долей. Какие бы две планеты мы ни взяли, результат будет такой же.
Открытие законов обращения планет потребовало от Кеплера многих лет упорной и напряженной работы. Он работал, живя все время в бедности, преследуемый всесильными церковными властями. Книги Кеплера , которые он с большим трудом издавал, сжигали на кострах.
Кеплер занимался не только исследованием обращения планет , он интересовался и другими вопросами астрономии. Его внимание особенно привлекали кометы. Подметив, что хвосты комет всегда обращены в сторону от Солнца, Кеплер высказал догадку, что хвосты образуются под действием солнечных лучей. В то время ничего еще не было известно о природе солнечного излучения и строении комет. Только во второй половине XIX в. и в XX в. было установлено, что образование хвостов комет действительно связано с излучением Солнца.
Кеплер умер в 1630 г. Ему принадлежит огромная заслуга в развитии наших знании о солнечной системе. Ученые последующих поколений, оценившие значение трудов Кеплера , назвали его "законодателем неба", так как именно он выяснил те законы, по которым совершается движение небесных тел в солнечной системе.
Иоганн Кеплер (нем. Johannes Kepler, 27 декабря 1571 года, Вайль-дер-Штадт — 15 ноября 1630 года, Регенсбург) — немецкий математик, астроном, механик, оптик, первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы.
Окончив церковную школу в Альдерберге, в 1586 поступил в высшее духовное училище при Маульборнском монастыре. В 1589 был принят в Тюбингенский университет, где в течение трех лет изучал теологию, математику и философию. Астрономию в университете читал М.Местлин, который давал Кеплеру частные уроки и познакомил его с теорией Коперника. В 1591 Кеплер защитил магистерскую диссертацию, в 1593 окончил университет и был рекомендован на должность профессора математики в гимназии Граца (Верхняя Штирия). Здесь с 1594 читал лекции по астрономии. В 1596 вышло в свет его первое сочинение Тайна Вселенной (Prodromus dissertationum mathematicarum continens mysterium cosmographicum, 1596), в котором Кеплер попытался найти соотношения между элементами планетных орбит. Это сочинение привлекло внимание Тихо Браге, который пригласил Кеплера в качестве помощника для обработки результатов наблюдений за планетами. Сотрудничество астрономов продолжалось около двух лет, вплоть до смерти Тихо Браге 24 октября 1601. Вскоре император Рудольф II назначил Кеплера на должность придворного математика, которую он занимал до конца жизни.
Еще при жизни Тихо Браге Кеплер предпринимал попытки математического описания закономерностей движения планеты Марс в рамках существовавших тогда теорий (Птолемея, Тихо Браге, Коперника). В результате долгих размышлений Кеплер пришел к эмпирическим законам движения планет (законы Кеплера). Согласно первым двум, планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, в фокусе которых располагается светило; радиус-вектор каждой планеты заметает равные площади за равные промежутки времени. Эти результаты были опубликованы в книге Новая астрономия (Astronomia Nova, 1609), ставшей в один ряд с De Revolutionibus Коперника и Principia Ньютона.
Публикация Новой астрономии и почти одновременное изобретение телескопа ознаменовали наступление новой эры. Эти события стали поворотной точкой в жизни и научной карьере Кеплера. После смерти Рудольфа II положение ученого при дворе в Праге становилось все более неопределенным. Поэтому он обратился к новому императору за разрешением временно занять пост математика провинции Верхняя Австрия в Линце, где провел следующие 15 лет. Главным достижением Кеплера в этот период стало открытие третьего закона движения планет: квадраты периодов обращения планет соотносятся как кубы больших полуосей их эллиптических орбит. Этот закон был сформулирован в сочинении Гармония мира (De Harmonice Mundi, 1619). Следующие 9 лет Кеплер трудился над составлением таблиц положения планет, основанных на новых законах их движения.
События Тридцатилетней войны и религиозные преследования вынудили Кеплера в 1626 бежать в Ульм. Не имея средств к существованию, он в 1628 поступил астрологом на службу к имперскому полководцу Валленштейну. Последней крупной работой Кеплера стали задуманные еще Тихо Браге планетные таблицы, опубликованные в Ульме в 1629 под названием Рудольфовы таблицы (Tabulae Rudolphianae).
С незапамятных времен человек интересовался звездным небом. Не только чарующая красота и любопытство направляло человеческие взоры в звёздное небо, но и интерес к изучению движения небесных объектов.
Великий ученый. Иоганн Кеплер (1571-1630 г.ж.)
Изучение перемещений и изменений на звездном небе позволило людям составить первые календари, а также предсказывать такие явления, как солнечные и лунные затмения. Мореплаватели могли по звездам точно прокладывать себе курс, а путешественники находить направление на суше. Одним из великих немецких ученых, который интересовался движением небесных объектов, являлся астроном Иоганн Кеплер
.Предыстория.
Еще древние астрономы изучили видимый путь Солнца и Луны. Они установили, что на небе солнце описывает полукруг, перемещаясь с запада на восток. Также было установлено, что в году 365 суток. Древние наблюдатели за небом установили, что маршрут Солнца не изменен, и оно появляется там, где нужно, и исчезает там, где положено. Они назвали данный круг эклиптикой, что звучит на греческом языке - Clipce. Греки связывали эклиптику с солнечными и лунными затмениями. Видимое обращение Солнца по эклиптике является основой земного календарного года.
Древние астрономы установили также, что Луна движется с запада на восток, при этом совершает полный круг за 27 суток. Самое интересное, что движение Луны не равномерное. Она может ускорять или замедлять движение в незначительной мере. Период видимого перемещения Луны стал основой земного календарного месяца.
Если смотреть на звездное небо, то, кажется, что звёзды неподвижны относительно друг друга. Полный оборот звёздный небосвод совершает за определенное время, которое называется звёздными сутками.
Рядом со звездами древние люди рассмотрели пять небесных объектов, которые внешне похожи на звезды, но имеют более яркое свечение. Эти объекты принимают неотъемлемое участие в движении звездного неба. Их траектории движения казались для древних астрономов запутанными и сложными. Если перевести слово «планета» с греческого языка, то это означает «блуждающая». В древнем Риме планетам дали названия, которые сохранились до нашего времени: Марс, Венера, Сатурн, Меркурий и Юпитер.
Древние ученые считали Солнце и Луну тоже планетами, так как те тоже совершали прогулку по звездному небу.
Древние ученые установили, что планеты, расположенные вблизи от эклиптики, могут через определенное время изменять свое направление движения. Но такого не наблюдалось в траекториях Луны и Солнца. Эти объекты совершали прямое движение планет. Но в один из моментов планета уменьшает скорость движения, останавливается на месте и начинает попятное движение, то есть в обратном направлении (с востока на запад). Далее в определенный момент планета совершает обратные действия и возвращается к первичному прямому движению. Если производить наблюдения за видимой частью звездного неба, то разобраться в закономерностях движения планет сложно. Для современных астрономов уже не осталось тайн движения планет, ведь дар знаний к ним пришел с многовековой историей астрономии. Некоторые открытия сделал немецкий ученый Иоганн Кеплер, который открыл еще в первой половине XVII столетия законы движения планет.
Современные знания о Солнечной системе образовались в ходе наработок и исследований звездного неба в течение тысячелетий. Многие древние ученые внесли свой вклад в эволюцию астрономии. Это Пифагор, Платон, Птолемей, Архимед и другие. Некоторые из них имели и заблуждения, которые давно доказаны. Про древних ученых и их достижения можно рассказывать много, но давайте вернемся к Иоганну Кеплеру (1571-1630 г.ж.).
Иоганну Кеплеру посчастливилось жить в одно время с не менее известным ученым – итальянцем Галилео Галилеем (1564-1642 г.ж.). Эти два ученых были приверженцами гелиоцентрической системы мира, которую в свое время предложил Коперник.
Гелиоцентрическая система мира Коперника.
Иоганн Кеплер со студенческих лет был сторонником учений Коперника. Хотя в Тюбингенском университете, где он учился с 1589 по 1592 года, астрономия трактовалась по учению Птолемея.
В 1596 году Кеплер издает свою первую книгу «Тайна мира», в которой он раскрывает тайную гармонию Вселенной. Фантазия Кеплера позволила нарисовать орбиты каждой из пяти планет Солнечной системы в виде кругов, которые вписаны в разнообразные многогранники правильной формы – кубы и тетраэдры.
Галилей, прочитав книгу Кеплера «Тайны миров», не согласился с некоторыми моментами фантастического геометрического построения. И спустя 25 лет Кеплер произвел корректировки в своей книге «Тайны миров» и по-новому переиздал ее.
Также оценил работу Кеплера известный астроном из Дании Тихо Браге (1546-1601 г.ж.), который прочитал «Тайны мира» и сказал, что ее автор имеет хорошие познания в области астрономии. Ему понравилось мышление Иоганна и то, что он произвел большой объём математических вычислений. В будущем состоялась встреча этих двух ученых, и Браге предложил 24-летнему Кеплеру работу в Праге на должности помощника по астрономическим наблюдениям и вычислениям. Они проработали несколько лет вместе, и их сотрудничество прервала смерть Тихо Браге в 1601 году. Потом Кеплеру была предложена должность придворного астронома при дворе Рудольфа II. Кеплеру осталось много наработок в области астрономии от Тихо Браге, которые при помощи математических расчетов позволили подарить миру известные законы Кеплера.
Законы Кеплера.
Закон 1. Этот закон гласит, что все планеты нашей солнечной системы вращаются по эллиптическим орбитам вокруг Солнца. При этом координаты центра Солнца находятся не центральной части эллипса, а на одном из его фокусов. Это объясняет временное изменение расстояния между Солнцем и движущимися планетами.
Закон 2. Отрезок, который соединяет центры планет и Солнца называется радиусом или вектором планеты. Он способен описывать равные площади за одинаковые промежутки времени. Это говорит о том, что планеты при движении по эллиптической орбите не всегда двигаются с одинаковой скоростью. При приближении к Солнцу их движение ускоряется, а при удалении – замедляется. Этот закон получил название «закон площадей».
Закон 3. Этот закон в свое время был опубликован в книге «Гармония мира» (публиковалась по частям 1618 – 1621 г.в.). Квадраты периодов обращения пары планет относятся между собой как кубическое значение их средних расстояний от Солнца.
В то время не все ученые соглашались с Кеплером. Галилей не мог смериться, что планеты движутся не равномерно. Но со временем идеальность законов Кеплера было доказана. Законы Кеплера помогли Ньютону открыть закон всемирного тяготения и до сегодняшнего дня они являются основой небесной механики.
Существует еще одна крупная работа Кеплера, которая имеет название «Рудольфовы таблицы». Эта работа по астрономии, которая касается движения планет, была опубликована в 1627 году. Основу таблиц заложил еще Тихо Браге, а Кеплер проработал над ними 22 года. данные таблицы обладают большей точностью, чем предыдущие работы по астрономии «Прусские таблицы», которые были составлены астрономом Рейнгольдом в 1551 году. Хочется сказать, что «Рудольфовы таблицы» служили хорошим пособием для астрономов, моряков и путешественников в течение нескольких веков.
Также хочется сказать, что внимание Кеплера привлекали не только планеты, но и кометы. Он первый предположил, что видимость хвостов комет возможна под воздействием солнечных лучей. Поэтому хвост кометы всегда направлен в противоположную сторону от Солнца.
Кеплер также сделал вклад в области математики. Он создал теорию логарифмов на арифметической основе и свел в очень точные таблицы, которые были опубликованы в 1624 году.
Благодаря Кеплеру человечество получило определенные знания в области оптики. Он даже написал книгу «Диоптика». Его работы в области оптики были положены в основу создания оптической схемы телескопа, так как ему удалось изучить действие физиологического механизма зрения. Он впервые заявил о таких физиологических явлениях человека, как близорукость и дальнозоркость.
Кеплер подарил миру основы вычисления объемов различных тел вращения, и площадей плоских фигур, которые образованы кривыми второго порядка – овалом, эллипсом, сечением конуса и т.д. Эти методы были началом эры дифференциального и интегрального исчисления.
Про достижения Кеплера можно еще многое сказать. Этот ученый, который заложил основы, как в астрономии, так и в математике. Умер Иоганн Кеплер 15 ноября 1630 года в Регенсбрге от простуды.
