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阅读 6431 次 历史版本 2个 创建者:宜家宜室 (2011/2/7 17:22:13)  最新编辑:和sky做邻居 (2012/3/20 11:13:54)
开普勒
拼音:KaiPuLe
英文:Johannes Kepler
同义词条:Johannes Kepler,约翰尼斯·开普勒
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开普勒
开普勒
 
 
  开普勒(Johannes Kepler,1571-1630),德国天文学家。1600年,开普勒到布拉格担任第谷·布拉赫的助手。1601年第谷去世后,他继承了第谷的事业,利用第谷多年积累的观测资料,仔细分析研究,发现了行星沿椭圆轨道运行,并且提出行星运动三定律(即开普勒定律),为牛顿发现万有引力定律打下了基础。
 
 

 

生平简介

 
  约翰尼斯•开普勒于1571年12月27日出生在德国的威尔德斯达特镇,恰好是哥白尼发表《天体运行论》后的第二十八年。开普勒幼年体弱多病,12岁时入修道院学习。1578年进入蒂宾根大学,在校中遇到秘密宣传哥白尼学说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,被聘请到格拉茨新教神学院担任教师。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》一书而受到第谷的常识,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。
 
  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十七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。
 
行星运动图
行星运动图
  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,认为行星匀速圆周运动。但是经过反覆推算发现,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!”接著他又发现,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。
 
  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,他指出彗尾总是背著太阳,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,1630年11月15日,开普勒在一家客栈里悄悄地离开了世界。他死时,除一些书籍和手稿之外,身上仅剩下了7分尼
 
  作为泰修·布拉赫的接班人,开普勒认真地研究了泰修多年对行星进行仔细观察所做的大量记录。泰修是望远镜发明以前的最后一位伟大的天文学家,也是世界上前所未有的最仔细、最准确的观察家,因此他的记录具有十分重大的价值。开普勒认为通过对泰修的记录做仔细的数学分析可以确定哪个行星运动学说是正确的:哥白尼日心说,古老的托勒密地心说,或许是泰修本人提出的第三种学说。但是经过多年煞费苦心的数学计算,开普勒发现泰修的观察与这种三学说都不符合,他的希望破灭了。
最终开普勒认识到了所存在的问题:他与泰修、哥白尼以及所有的经典天文学家一样,都假定行星轨道是由或复合圆组成的。但是实际上行星轨道不是圆形而是椭圆形
  
开普勒定律
开普勒定律
  就在找到基本的解决办法后,开普勒仍不得不花费数月的时间来进行复杂而冗长的计算,以证实他的学说与泰修的观察相符合。他在1609年发表的伟大著作《新天文学》中提出了他的前两个行星运动定律。行星运动第一定律认为每个行星都在一个椭圆形的轨道上绕太阳运转,而太阳位于这个椭圆轨道的一个焦点上。行星运动第二定律认为行星运行离太阳越近则运行就越快,行星的速度以这样的方式变化:行星与太阳之间的连线在等时间内扫过的面积相等。十年后开普勒发表了他的行星运动第三定律:行星距离太阳越远,它的运转周期越长;运转周期的平方与到太阳之间距离的立方成正比。
 
  开普勒定律对行星绕太阳运动做了一个基本完整、正确的描述,解决了天文学的一个基本问题。这个问题的答案曾使甚至象哥白尼、伽利略这样的天才都感到迷惑不解。当时开普勒没能说明按其规律在轨道上运行的原因,到17世纪后期才由艾萨克•牛顿阐明清楚。牛顿曾说过:“如果说我比别人看得远些的话,是因为我站在巨人的肩膀上。”开普勒无疑是他所指的巨人之一。

文学作品

 
  《宇宙的秘密》——开普勒受柏拉图和毕达哥拉斯神秘主义宇宙结构论的影响,用数学的和谐性去探索宇宙。他用古希腊人已经发现的五个正多面体,跟当时巳知的六颗行星的轨道套迭,从而解释了太阳系中包括地球在内恰好有六颗行星以及它们的轨道大小的原因。他把这些结论整理成书发表,定名为《宇宙的秘密》。这个设想虽带有神秘主义色彩,但却也是一个大胆的探索。
 
  《新天文学》——该书收录了开普勒的天体远行三大规律中的两条,既“火星沿椭圆轨道绕太阳运行,太阳处于焦点之一的位置”和“行星的向径,在相等时间内扫过相等的面积。”
 
  《宇宙谐和论》——1612年,开普勒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。
 
  《哥白尼天文学概要》——书中叙述他对宇宙结构和大小的观点。
 
  《彗星论》——该书于1619-1620年期间出版。书中指出彗尾总是背著太阳,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预言了辐射压力的存在。
 
  《鲁道夫星表》——1627年出版
 
  《稀奇的1631年天象》——1629年出版
 
  《对威蒂略的补充,天文光学说明》——1604年发表
 
  《光学》——1611年出版。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。
 
  1611年,开普勒发表了《折光学》一书,阐述了光的折射原理,为折射望远镜的发明奠定了基础。

人物影响

  
  开普勒对天文学的贡献几乎可以和哥白尼相媲美。事实上从某些方面来看,开普勒的成就甚至给人留下了更深刻的印象。他更富于创新精神。他所面临的数学困难相当巨大。数学在当时远不如今天这样发达,没有计算机来减轻开普勒的计算负担。
 
  从开普勒取得的成果的重要性来看,令人感到惊奇的是他的成果起初差一点被忽略,甚至差点被伽利略这样如此伟大的科学家所忽略(伽利略对开普勒定律的忽视特别令人感到惊奇,因为他俩之间有书信往来,而且开普勒的成果会有助于伽利略驳斥托勒密学说)。如果说其他人迟迟不能赏识开普勒成果的重大意义的话,他本人是会谅解这一点的。他在一次抑制不住巨大喜悦时写道:“我沉湎在神圣的狂喜之中……我的书已经完稿。它不是会被我的同时代人读到就会被我的子孙后代读到──这是无所谓的事。它也许需要足足等上一百年才会有一个读者,正如上帝等了6000年才有一个人理解他的小说诗歌文学作品。”
 
开普勒
开普勒
  但是经过几十年的历程,开普勒定律的意义在科学界逐渐明朗起来。实际上在17世纪晚期,有一个支持牛顿学说的主要论点认为开普勒定律可以从牛顿学说中推导出来,反过来说只要有牛顿运动定律,也能从开普勒定律中精确地推导出牛顿引力定律。但是这需要更先进的数学技术,而在开普勒时代则没有这样的技术、就是在技术落后的情况下,开普勒也能以其敏锐的洞察力判断出行星运动受来自太阳的引力的控制。
 
  开普勒除了发明行星运动定律外,还对天文学做出了许多小的贡献。他也对光学做出了重要的贡献。不幸的是他在晚年为私事而感到忧伤。当时德国开始陷入“三十年战争”的大混乱之中,很少有人能躲进世外桃源。他遇到的一个问题是领取薪水。圣罗马皇帝即使在较兴隆的时期都是怏怏不乐地支付薪水。在战乱时期,开普勒的薪水被一拖再拖,得不到及时的支付。开普勒结过两次婚,有十二个孩子,这样的经济困难的确很严重。另一个问题是他的母亲在1620年由于行巫术而被捕。开普勒花费了大量的时间设法使母亲在不受拷打的情况下获得释放,他终于达到了目的。
 
  开普勒于1630年在巴伐利亚州雷根斯堡市去世。在“三十年战争”的动乱中,他的坟墓很快遭毁。但是业已证明他的行星运动定律是一座比任何石碑都更为久伫长存的纪念碑。
 

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