Кеплер Иоганн

Кеплер Иоганн

1571–1630

Немецкий математик, астроном, первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы.

Иоганн Кеплер — великий немецкий астроном и математик. Он был одним из творцов астрономии нового времени. Он открыл три основных движения планет относительно Солнца, изобрел оптическую систему, применяемую, в частности, в современных рефракторах, подготовил создание дифференциального, интегрального и вариационного исчисления в математике.

«Я могу подождать читателя сто лет, если Господь ждал зрителя пять тысяч». «Для меня важно не просто сообщить читателю, что я должен сказать, но прежде всего ознакомить его с доводами, оговорками, счастливо преодоленными опасностями, которые привели меня к открытиям».

Иоганн Кеплер родился в 1571 году в городе Вейльдер-Штадт на юге Германии в бедной протестантской семье. После обучения в монастырской школе в 1589 году поступил в духовную семинарию при Тюбингенской академии. В эти годы он познакомился с гелиоцентрической системой Н. Коперника и сразу стал её убеждённым сторонником. Интерес к астрономии появился у Кеплера ещё в детские годы, когда его мать показала впечатлительному мальчику яркую комету в 1577 году, а позднее — лунное затмение, которое случилось в 1580 году.

Кеплер родился очень слабым ребёнком. В 4 года он заразился оспой и чуть не умер. У него были больные печень и желудок, часто болела голова. Кроме того, он имел врожденные недостатки зрения — сильную близорукость и дефект, при котором один объект кажется множественным (глядя на Луну, Кеплер видел несколько Лун). Болезни преследовали его всю жизнь. Тем более достойны уважения его мужество и сила духа, благодаря которым он смог добиться поразительных научных успехов и стать одним из творцов современной астрономии и физики.

В 1591 году Кеплер поступил в университет в Тюбингене — сначала на факультет искусств, к которым тогда причисляли и математику с астрономией, затем переходит на теологический факультет. По окончании академии в 1593 году Кеплер, обвиненный в свободомыслии, не был допущен к богословской карьере и получил должность школьного учителя математики.

Первоначально Кеплер планировал стать протестантским священником, но благодаря незаурядным математическим способностям был приглашён в 1594 году читать лекции по математике в университете города Граца.

В Граце Кеплер провёл 6 лет. Здесь вышла в свет в 1596 году его первая книга «Тайна мира». В ней Кеплер попытался найти тайную гармонию Вселенной, для чего сопоставил орбитам пяти известных тогда планет (сферу Земли он выделял особо) различные «платоновы тела» (правильные многогранники). Орбиту Сатурна он представил как круг (ещё не эллипс) на поверхности шара, описанного вокруг куба. В куб в свою очередь был вписан шар, который должен был представлять орбиту Юпитера. В этот шар был вписан тетраэдр, описанный вокруг шара, представлявшего орбиту Марса и т. д. Эта работа после дальнейших открытий Кеплера утратила своё первоначальное значение (хотя бы потому, что орбиты планет оказались не круговыми); тем не менее в наличие скрытой математической гармонии Вселенной Кеплер верил до конца жизни, и в 1621 году переиздал «Тайну мира», внеся в неё многочисленные изменения и дополнения.

В 1597 году Кеплер женился на вдове Барбаре Мюллер фон Мулек. Их первые двое детей умерли во младенчестве, а жена заболела эпилепсией. В довершение невзгод, в католическом Граце начались гонения на протестантов. Кеплер, занесенный в список изгоняемых «еретиков», был вынужден покинуть город.

В 1600 году он приехал в Прагу к знаменитому астроному Тихо Браге, после смерти которого получил материалы его многолетних и многочисленных наблюдений. Кеплер написал много научных трудов и статей. После смерти Браге в 1601 году Кеплер становится его преемником в должности, а также после тяжб с родными Браге унаследовал и результаты астрономических наблюдений. Будучи великолепным наблюдателем, Тихо Браге за много лет составил объёмный труд по наблюдению планет и сотен звёзд, причём точность его измерений была существенно выше, чем у всех предшественников.

В конце XVI века в астрономии ещё происходила борьба между геоцентрической системой Птолемея (когда центром Вселенной полагается Земля) и гелиоцентрической системой Коперника (в которой в центр Вселенной ставилось Солнце). В модели Коперника планеты равномерно движутся по круговым орбитам: что не согласовывалось с видимой неравномерностью движения планет. Хотя астрономические таблицы Коперника были первоначально более точными, чем птолемеевы, они вскоре существенно разошлись с наблюдениями, что немало озадачило и охладило восторженных коперниканцев.

Важнейшим сочинением Кеплера является его труд «Новая астрономия» (1609 год), посвященная изучению движения Марса по наблюдениям Браге и содержащая первые два закона притяжения планет. Основываясь на системе Коперника, на протяжении нескольких лет Кеплер внимательно изучает данные Браге и в результате тщательного анализа приходит к выводу, что траектория движения Марса представляет собой не круг, а эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце — положение, известное сегодня как первый закон Кеплера.

Дальнейший анализ привёл ко второму закону: радиус-вектор, соединяющий планету и Солнце, в равное время описывает равные площади. Это означало, что чем дальше планета от Солнца, тем медленнее она движется.

При поиске орбит Кеплер вынужден был пользоваться методом подбора. Он вычислял и вычислял, однако совпадений с наблюдениями не оказывалось. Сперва был отброшен овал — кривая, составленная из четырёх дуг окружности. Около года Кеплер возился с «овоидом» — фигурой, имеющей форму яйца. Наконец, учёный пришел к выводу: правда лежит между кругом и овалом, как будто орбита Марса есть точный эллипс. Но и эллипс не подходил, пока Кеплер не расположил Солнце в его фокусе. Тогда в начале 1605 года, всё сошлось и стало на свои места. На эллипс легли все точки орбиты, вычисленные из наблюдений, сходилась она и с законом площадей. Новая модель движения вызвала огромный интерес среди учёных-коперниканцев, хотя не все они её приняли. Галилей кеплеровы эллипсы решительно отверг.

В 1619 году в сочинении «Гармония мира» Кеплер сформулировал третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в стройное целое. Солнце, занимая один из фокусов эллиптической орбиты, является, по Кеплеру, источником силы, движущей планеты. Он высказал справедливые догадки о существовании между небесными телами тяготения и объяснил приливы и отливы земных океанов воздействием Луны.

Открытые Кеплером три закона движения планет полностью и с превосходной точностью объяснили видимую неравномерность этих движений. Вместо запутанных моделей Птолемея и Коперника, содержащих надуманные элементы, модель Кеплера включает только одну кривую — эллипс. Второй закон установил, как меняется скорость планеты при удалении или приближении к Солнцу, а третий позволяет рассчитать эту скорость и период обращения вокруг Солнца.

Летом 1627 года Кеплер после 22 лет трудов опубликовал (за свой счёт) астрономические таблицы, которые в честь императора назвал «Рудольфовыми». Эти таблицы давали возможность вычислять для любого момента времени положение планет с высокой для той эпохи точностью. Спрос на них был огромен, так как все прежние таблицы давно разошлись с наблюдениями. Кеплеровы таблицы служили астрономам и морякам вплоть до начала XIX века.

Помимо трех законов Кеплера ученому принадлежит еще ряд немаловажных открытий. В работе «Сокращение Коперниковой астрономии» (1618–1622 годы) Кеплер изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений. Его исследования по оптике (проблемы преломления света, астрономической рефракции, разработка теории зрительных труб) изложены в сочинениях «Дополнение к Виттело» (1604 год) и «Диоптрики» (1611 год). Замечательные математические способности Кеплера проявились, в частности, в выводе формул для определения объёмов многих тел вращения.

Последние годы жизни Иоганн Кеплер провел в непрерывных разъездах, частью вследствие политических смут тридцатилетней войны (одно время ученый состоял на службе у Валленштейна в качестве астролога), частью вследствие процесса своей матери, обвинявшейся в колдовстве. Умер он 15 ноября 1630 года, в Регенсбурге, где и похоронен на кладбище св. Петра. Над могилой его сделана надпись: «Mensus eram coelos nune terrae metior umbras; Mens coelestis erat, corporis umbra jacet». Эта эпитафия, написанная самим Иоганном Кеплером, в переводе значит: «Прежде я измерял небеса, теперь меряю подземный мрак; ум мой был даром неба — а тело, преобразившись в тень, покоится». В Регенсбурге же, в 1808 году ему поставлен памятник.

Хотя исторически кеплеровская система мира основана на модели Коперника, фактически у них очень мало общего (только суточное вращение Земли). Исчезли круговые движения сфер, несущих на себе планеты, появилось понятие планетной орбиты. В системе Коперника Земля всё ещё занимала несколько особое положение, поскольку центром мира Коперник объявил центр земной орбиты. У Кеплера Земля — рядовая планета, движение которой подчинено общим трём законам. Все орбиты небесных тел — эллипсы, а общим фокусом орбит является Солнце.

Законы Кеплера соединяли в себе ясность, простоту и вычислительную мощь, хотя мистическая форма его системы мира основательно засоряла реальную суть великих открытий Кеплера. Например, Кеплер считал мир реализацией некоторой числовой гармонии, одновременно геометрической и музыкальной. Интересно, что исходя из своих ненаучных соображений, Кеплер предсказал существование двух спутников Марса и промежуточной планеты между Марсом и Юпитером.

Кеплер верил, что Бог призвал его на свет для того, чтобы открыть людям тайны Вселенной, и он неотступно шёл через тернии к звёздам. Он дал людям законы движения планет, объяснил происхождение приливов, заложил научные основы теории света, освещённости, атмосферной рефракции. Именно Кеплер первым объяснил, как работают человеческий глаз, очки, оптическая камера, телескоп. Он написал первую научно-фантастическую повесть о полёте на Луну — «Сон», объяснил форму снежинок и научил виноделов Австрии простому способу вычислять объём пузатых бочек. Для этого, правда, пришлось сделать кое-какие открытия в области высшей математики.

Уже современники Кеплера убедились в точности новых законов, хотя их глубинный смысл до Ньютона оставался непонятным. Никаких попыток реанимировать модель Птолемея или предложить иную систему движения, кроме гелиоцентрической, больше не предпринималось. Солнце теперь и навсегда помещалось в центр. Иоганн Кеплер — один из величайших астрономов всех веков и народов, основатель современной теоретической астрономии.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.