科学故事:开普勒 逆境中的强者

科学故事:开普勒 逆境中的强者

开普勒太空望远镜拍摄的星空

这浩瀚星空的摄影师,是美国宇航局为了寻找类地行星而发射升空的开普勒太空望远镜,2009年至今,它已经发现了超过4000颗备选行星,可谓为人类观测太阳系外行星系统立下汗马功劳,而这颗太空望远镜的命名,则是为了纪念德国著名天文学家、被誉为“天空立法者”的开普勒。

1571年12月27日,开普勒出生于德国符腾堡州维尔城,是个早产儿,只在母亲的肚子里呆了7个月。4岁时,他因天花险些丧命,接着又患上了猩红热,眼睛被烧坏。由于视力差,天上的星辰对他只是一些微弱的发光体。

开普勒的身世是不幸的。他17岁时父亲去世。1620年,他母亲,一个酒馆老板的女儿,平时爱吵吵闹闹,因被指控犯有巫术罪而入狱,他经一年多的奔波才使其得到无罪释放。

开普勒26岁时与一个出身名门的寡妇结婚,举止傲慢的妻子使他很少感到家庭温暖。1613年在前妻死后他又选择了一个贫家女为伴,感情虽很融洽,无奈经济上常处于绝望境地。

开普勒1589年考入杜宾根大学,攻读神学、哲学和数学,后来转向天文学,成为哥白尼学说的坚定拥护者。

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第谷雨kai'pu'l

1601年,布拉赫去世,开普勒继承了老师未竟的事业,研究火星。当时,无论是托勒密还是哥白尼,都认为星球是作圆周运动的。起初开普勒也持这种观点,并将布拉赫留下的关于火星的资料用圆周轨道来计算,可计算了几个月却毫无结果。

一天,恩师马斯特林【标注1】来布拉格看望开普勒,见他的屋子里到处画满了乱七八糟的圆圈,纳闷地问:“朋友,我不知道你这些年到底在干什么?”

“我想弄清行星的轨道。”

“这个问题从托勒密到第谷·布拉赫,不是都毫无疑问了吗?”

“不对,现在的轨道和布拉赫的数据还有8分之差。”

马斯特林失声叫道:“8分,多么小的一点啊。只相当于钟盘上秒针在0.02秒的瞬间走过的一点角度!我的朋友,你面前是浩渺无穷的宇宙啊,难道这点误差也要引起愁思?”

开普勒冷静地说:“我已经查遍布拉赫关于火星的资料。他二十多年如一日的观察数据完全一致——火星轨道与圆周运动有8分之差。感谢上帝给了我这样一位精通的观测者。这8分决不敢忽视,我决心从这里打开缺口,改革以往所有的体系。”

恩师和亲朋的不理解,并没有动摇开普勒。他不像布拉赫那样决心研究1000颗星星,而是紧紧盯住一颗星星——火星!

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行星椭圆轨道

经过几年不懈研究,1605年,开普勒终于发现火星的轨道并不是圆,而是椭圆。这个发现在天文学上具有划时代意义,就是后来被称为“开普勒第二定律”的椭圆定律。之后,他又发现了第一定律:行星绕太阳作圆周运动在一定时间内扫过的面积相等,即等面积定律。

一个惊世天机,就这样被开普勒识破。此后十年,他以顽强的毅力和耐心,终于从一大堆计算数字中发现了另一个秘密:行星绕太阳运转时,其运转周期的平方等于它与太阳间平均距离的立方,就是后来的“开普勒第三定律”。这三条定律使得神秘无边的宇宙星空逐渐显得井然有序,并为牛顿建立万有引力定律打下坚实基础。

尽管开普勒做出了卓越的贡献,但经济困苦和操劳跋涉严重损害了开普勒的健康。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。

1630年他有几个月未得薪俸,不得不亲自前往正在举行帝国会议的雷根斯堡索取。到达那里后他突然发热,几天以后即11月15日,在贫病交困中寂然死去,终年59岁。他被葬于拉提斯本的圣彼得教堂,三十年战争【标注2】的狂潮荡平了他的坟墓,但是也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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开普勒与鲁道夫

标注1:马斯特林(1550-1631)德国数学家、天文学家。生于符腾堡格平根,卒于蒂宾根。就读于蒂宾根大学.1580年任海德堡大学数学教师.他积极拥护哥白尼的地动说,是开普勒和伽利略的老师,指导过开普勒研究天文学。

1577年,他对彗星进行系统研究,解释了月球发光的原因,发展了准线想法.由于宗教势力的控制,他只能私下向学生讲授哥白尼理论.此外,他还出版过天文学方面的著作。

标注2:三十年战争(1618年-1648年):是由神圣罗马帝国的内战演变而成的全欧参与的一次大规模国际战争。这场战争是欧洲各国争夺利益、树立霸权以及宗教纠纷剧化的产物,历史学家普遍认为鲁道夫二世的政治失误是直接导致战争爆发的原因。


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