开普勒的三大定律

     17世纪初期，正当伽利略使哥白尼学说声威大振之时，欧洲大地上传出了一条特大新闻：德国天文学家约翰内斯·开普勒发现了行星运动的三大定律，使哥白尼创立的日心说，从科学上向前前进了一步。

     开普勒于 1571年 12月27 日生于德国符腾堡的小城魏尔。幼年时，由于家境贫寒，他一直靠奖学金上学。

     后来，开普勒进人图宾根神学院后，在老师迈克尔的指导下，开始研究哥白尼的天文学。1594 年，开普勒成为奥地利格拉茨新教神学院的数学教师。

     在这一时期，开普勒孜孜不倦地研究天文学的三个问题，即 “行星轨道的数目、大小与运动。”

     1595年，他终于得到了伟大的发现：“可用地球来量度所有其他轨道。”他马上着手阐明这一想法，写成了 《宇宙的奥秘》初稿。

     为了出版这本书，他费尽心机。于是他求救于他的老师。在老师的帮助下，他这本书终于在 1596年面世了，并载入法兰克福书目之中，但署的名却是 “勒普劳斯”。

     1598年，由于弗迪南德反对新教教师，开普勒被迫辞去教职。祸不单行，他的小女儿也不幸夭折。开普勒处于极度的悲愤痛苦之中，于是他只身来到布拉格。

     1600年，开普勒在布拉格结识了天文学家第谷·布拉赫。这是开普勒一生中最关键的时刻.正是第谷·布拉赫，使开普勒走出逆境，在科学上矗立起一座丰碑。

     由于第谷如此之重要，这里不得不介绍一下第谷的生平。

     第谷于 1546 年生于丹麦斯科纳的一个贵族家庭。13 岁时随叔父到哥本哈根，1562年，他又来到莱比锡。这两个城市的学习为第谷在天文学上的成就打下了牢固的基础。

     第谷被称为是近代天文学的始祖，他的最大贡献是 1572年 12月11 日发现了仙后星座中的一颗新星，并于 1573年发表了题为 《新星》的重要科学论文。

     为了完成庞大的天体观测计划，第谷把丹麦国王赠与他的全部补助金，在费恩岛上建立了有名的福堡天文观象台。

     该观象台规模宏大，仪器齐全。这些仪器都是第谷自己设计制造的，有木制的、铁制的和铜制的。其中最大的是一台精度较高的象限仪，称为第谷象限仪。

     由于第谷不断改进仪器的设计和测量的方法，他所进行的大量的天体方位的测量，其精确度是比较高的，一般能达到半弧分。

     第谷在弗恩岛上一直工作了20 年之久，除了天体方位的测量外，还发现了许多新的现象，如黄赤交角的变化、月球的运行的二均差，以及岁差的测定等。

     1597年，第谷离开丹麦到汉堡。1599年定居布拉格，并将弗恩岛上的仪器运到布拉格。1600 年，第谷与开普勒会面.从此二人合作开始了新的工作计划。

     开普勒与第谷的会面，乃是欧洲科学史上最重大的事件，这两位个性殊异人物的相会，标志着近代自然科学两大基础——经验观察和数学理论的有机结合。

     也正是这次会合，使开普勒奠定了天体力学的基础和发现行星运动的三大定律。

     1601年，第谷在短期重病后突然离开了人世。第谷临终前对开普勒说：

      “我一生都在观察星表，我要得到一种准确的星表，我的目标是1000颗星，??我希望你能把我的工作继续下去。我把我的一切资料全部交给你，愿你把我观察的结果发表出来，你不会使我失望吧！”

     开普勒含泪站在第谷的病床前，沉痛地说： “放心吧，我的老师，我会的！”

     开普勒没有使第谷失望，1627年，《鲁道尔夫星行表》便在乌尔姆出版，第谷的名字永远地载人科学史册。

     第谷死后，开普勒运用他的大量的观测资料进行细心地研究。当时，不论是地心说，还是日心说，都认为行星作匀速圆周运动。但开普勒经过深思熟虑，终于否定了这种长期以来的观点。

     他发现火星的轨道是椭圆形的，于是得出开普勒第一定律，即椭圆轨道定律：

      “火星沿椭圆轨道绕太阳运行，而太阳则处于两焦点之一的位置。”

     随着火星椭圆形轨道的发现，火星运动的计算也全面展开。开普勒经过计算，又得出了开普勒第二定律，即相等面积定律：

      “火星运动的速度是不均匀的，当它离太阳较近时，运动得较快；反之，则较慢。但从任何一点开始，向经 （太阳中心到行星中心的连线）在相等时间内，所扫过的面积是全部相等的。”

     1609年，开普勒的关于火星运动的著作 《新天文学》出版。该书还指出两定律，同样适用于其他行星和月球的运动。这本著作是现代天文学的奠基石。

     但开普勒的著作遭到许多人的轻视和误解，开普勒把一切希望都寄托在国外一个追求真理的人身上，这个人的评价是至关重要的。他就是帕多瓦大学的教授枷利略。

     伽利略没有使开普勒失望，他把开普勒视为是哥白尼宇宙体系的信徒和保卫者，认为开普勒是 “探寻真理的一位朋友”。

     1619年，正当世界历史迈出不可抗拒的一步的时候，科学也向前推进了一个阶段。宗教战争一直持续着，科学和神学的斗争从未停止过纷争。

     也正是这年，开普勒著成了 《宇宙和谐论》。这部著作凝聚着他10多年的心血，以及长期繁杂的计算和无数次失败。它不仅是第一次系统地论述了近代科学的法则，而且也完成了古典科学的复兴。它标志着欧洲天文学的发展，已达到了新的科学高峰。

     在这本著作中，开普勒提出了他的第三定律，即调和或周期定律：

      “行星绕太阳公转运动的周期的平方与它们椭圆轨道的半长轴的立方成正比。数学公式为：T2             ∶T2 = R2  ∶R2 。”

     开普勒创立的行星运动的三大定律，使天文学进入到一个新的阶段，为牛顿发现万有引力定律打下了基础。   1630年 11月15 日，这位伟大的科学家在贫困交加中死去。