Кеплер прожив не надто довге і дуже нелегке життя. Незважаючи на це, він збагатив науку приголомшливими досягненнями, які вимагали не тільки геніальних осяянь, а й багаторічної виснажливої ​​праці, масштаб якої дивує і сьогодні.

Йоган Кеплер – першим у світі! – дійшов висновку, що всі планети схильні до силового впливу з боку сонця, яке і змушує їх рухатися по орбітах

Олексій Левін

За рішенням Генеральної асамблеї ООН 2009 став Міжнародним рокомастрономії на честь 400-річного ювілею дослідження небесних тілза допомогою телескопів. Однак 1609 привніс в історію науки ще одну велику подію: Йоганн Кеплер опублікував трактат, де були викладені два закони руху планет, які зараз носять його ім'я (третій, і останній, закон з'явився в друку на десять років пізніше). Тож для астрономії цього року — двічі ювілейний.

Дитинство Кеплера, що народився 27 грудня 1571 в містечку Вейль неподалік Штуттгарта, не можна назвати безхмарним. Сім'я жила небагато, до того ж він ріс практично без батька, який неодноразово наймався ландскнехтом у чужоземні армії і зник назовсім, коли Гансу було лише 16 років. Дітей виховувала мати Катаріна, дочка власника сільського готелю, жінка невживлива, сварлива і зовсім неосвічена. Гансу світило зовсім ординарне життя, але доля розсудила інакше. Хлопчик не вилазив із хвороб (віспа, нетравлення шлунка, мігрені) і не годився для фізичної роботи. Але голова в нього діяла добре. У сім років Ганс вступив у початкову німецьку школу, звідки перейшов до латинського училища У 13-річному віці він витримав конкурсний іспит, який відкрив доступ до духовної освіти. Юнак блискуче закінчив семінарії першого та другого ступеня і восени 1589 року став студентом Тюбінгенського університету.

Звісно, ​​сьогодні спроби Кеплера пояснити пропорції Сонячна системаза допомогою правильних багатогранників викликають посмішку, але вчений вірив у свою правоту. Та й було з чого. Згідно з Коперником, радіуси планетних орбіт від Меркурія до Сатурна відносяться як 0,38:0,72:1,00:1,52:5,2:9,2 (радіус земної орбіти прийнятий за одиницю). А обчислення на основі кеплерівської моделі дають досить схожі співвідношення 0,42:0,76:1,00:1,44:5,3:9,2. Розбіжності є, але порівняно невеликі. Перший закон Кеплера (Закон еліпсів). Кожна планета Сонячної системи звертається еліпсом, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце. Другий закон Кеплера (Закон площ). Кожна планета рухається в площині, що проходить через центр Сонця, причому за рівних часів радіус-вектор, що з'єднує Сонце і планету, замітає сектори рівної площі. Третій закон Кеплера (гармонічний закон). Квадрати періодів обігу планет навколо Сонця відносяться як куби. великих півосейорбіт планет.

У Тюбінгені Кеплер провів близько п'яти років. За два роки він пройшов курс факультету вільних мистецтв та отримав ступінь магістра. Одним із його наставників був Міхель Мєстлін — автор досить відомого підручника з астрономії та вірний послідовник Коперника. Під керівництвом Местліна Кеплер вивчив праці грецьких геометрів, арифметику, тригонометрію та алгебри. Він спіткав також тонкощі птолемеївської та коперніканської космології і став переконаним прихильником геліоцентричної системи. Однак про заняття наукою юнак не думав і збирався продовжувати освіту на богословському факультеті, куди вступив у 1591 році. Перед цим університетський сенат випросив міську владу Вейля зберегти Кеплеру стипендію на весь термін навчання. "Юний Кеплер, - писали професори, - наділений таким видатним розумом, що від нього можна очікувати неабияких досягнень".

Однак духовній кар'єрі Кеплера не судилося відбутися. 13 березня 1594 року його як найкращого випускника відправили в австрійське місто Грац, щоб терміново замінити померлого вчителя математики в лютеранській школі.

Голландські труби

Кеплер обжився в Граці і змирився зі своєю новою професією. Все йшло до того, що він так і залишиться добре освіченим, але все ж таки цілком рядовим викладачем провінційної школи. На щастя для світової науки доля вирішила інакше. 19 липня 1595 відбулася подія, яка радикально змінила життя Кеплера і вивела його на дорогу великих відкриттів у фізиці та астрономії.

Все почалося з уроку, під час якого Кеплер пояснював рух Юпітера та Сатурна небесною сферою. Кожні 20 років ці планети зближуються в поясі зодіакальних сузір'їв - Юпітер наздоганяє Сатурн, а потім йде вперед (ці зустрічі мали місце в 1563 і 1583 роках і мали відбутися в 1603, 1623 і 1643). З незапам'ятних часів астрономи та астрологи зауважували, що зони такого зближення щоразу зміщуються в зодіакальному поясі трохи менше ніж на третину повного кола. Кеплер накреслив на дошці коло, розташував на ньому на рівних відстанях 12 зодіакальних сузір'їв і відзначив кілька зближень Юпітера та Сатурна, розпочавши 1583 роком.

І ось що сталося. Якщо з'єднати три послідовні зближення відрізками, виходить правильний трикутник, вписаний у зодіакальне коло. Повторення цієї операції дає такий самий трикутник, лише кілька повернутий (оскільки зміщення все ж таки не доходить до 120 градусів). Якщо продовжувати далі, середини сторін всіх трикутників, що виходять, окреслять коло вдвічі меншого радіусу в порівнянні з тим, в яке вони вписані. Тут Кеплера осяяло. Він знав, що згідно з книгою Коперника «Про звернення небесних сфер»Радіус орбіти Сатурна приблизно в 1,75 рази перевищує юпітеріанський. А ця величина надто близька до відношення радіусів зовнішнього та внутрішнього кіл 2:1, щоб визнати її випадковим збігом. А як співвідношення між параметрами планетних орбіт визначаються властивостями певних геометричних об'єктів? Пізніше Кеплер згадував, що це осяяння привело його до захвату, яке неможливо передати словами.

Це був лише початок. Кеплер швидко зрозумів, що за допомогою плоских фігурВлаштування планетної системи зрозуміти неможливо, необхідні об'ємні тіла. Ще античним математикам були відомі п'ять правильних багатогранників: чотиригранний тетраедр, шестигранний куб, восьмигранний октаедр, 12-гранний додекаедр та 20-гранний ікосаедр. Кеплер вирішив, що вони вкладаються в структуру, яка визначає як число планет (тоді їх було відомо лише шість!), і їх орбітальні параметри. Це шість концентричних сфер, у тому числі п'ять містять вписані багатогранники. Перша зовнішня сфера відповідає орбіті Сатурна. У неї вкладено куб, а нього — друга сфера, сфера Юпітера. У цю сферу вписано тетраедр, у якому розташована сфера Марса. Рухаючись до центру системи, ми перетнемо додекаедр, що містить вписану земну сферу, ікосаедр зі сферою Венери і, нарешті, октаедр зі сферою Меркурія. Вона не містить вписаних тіл, а в її центрі знаходиться Сонце.

Вже жовтні Кеплер почав писати книжку з викладом своєї системи. Ця праця кілька місяців друкувалася в Тюбінгені і була остаточно зброшурована в березні 1597 року. Його найдовший заголовок зазвичай дають у скороченому варіанті: Mysterium cosmographicum - "Таємниця світобудови".

У 1611 році Йоганн Кеплер удосконалив телескоп, замінивши лінзу, що розсіює, в окулярі збираючої. Це дозволило збільшити поле зору та винесення зіниці, проте система Кеплера дає перевернуте зображення. Майже всі наступні телескопи-рефрактори будувалися за системою Кеплера. Перевага зорової труби Кеплера полягає, зокрема, в тому, що в ній є дійсно проміжне зображення, в площину якого можна помістити вимірювальну шкалу.

Кеплер сам відправив монографію кільком видатним астрономам. Одна з копій через треті руки потрапила до не надто відомого професора математики Падуанського університету Галілео Галілея, який відгукнувся на неї дуже доброзичливим листом (щоправда, в основному його втішило, що в теорії Коперника з'явився ще один прихильник). Кеплер відправив свою працю і першому астроному Європи данцю Тихо Браге, який вважав вправи з багатогранниками дотепними, але цілком спекулятивними. Однак у сильно затриманому листі у відповідь Браге дав зрозуміти, що готовий ознайомити Кеплера зі своїм великим архівом спостережень рухів планет, зроблених у кращій у світі обсерваторії на острові Гвен поблизу Копенгагена. Для Кеплера це запрошення виявилося воістину доленосним, хоч скористався він ним далеко не відразу.

Публікація «Таємниці всесвіту» зробила Кеплера астрономом з ім'ям. Через чверть століття він писав, що ця невелика книга дала поштовх усім його подальшим дослідженням. І було там по-справжньому революційне осяяння, яке сучасники практично не помітили. Кеплер – першим у світі! — дійшов висновку, що всі планети схильні до силового впливу з боку Сонця, яке і змушує їх рухатися по орбітах. Ця ідея не відповідає принципам ньютонівської динаміки (планети рухаються за інерцією, а сонячне тяжіння лише викривляє їхні шляхи), але вона навела Кеплера дуже плідні висновки. З неї випливало, що планети повинні рухатися тим швидше, чим вони ближче до Сонця, адже сила, що їх розганяє, зростає в міру наближення до світила. За кілька років логіка цієї міркування допомогла Кеплеру відкрити закони планетних рухів.

Рудольфові таблиці

Восени 1598 року у Штирії почалися переслідування протестантів. Кеплеру разом з багатьма єдиновірцями довелося покинути Грац, але через місяць йому як виняток дозволили повернутися і продовжити роботу як окружний математик. Проте через вигнання ректора та майже всіх вчителів заняття у школі припинилися. Кеплеру стало ясно, що майбутнього в Граці не має. Він робив гарячкові спроби знайти місце поза Австрії, але безуспішно.

І тут допоміг Тихо Браге, який на той час став придворним математиком імператора Священної Римської імперії та короля Богемії Рудольфа II. У грудні 1599 Браге вдруге запросив Кеплера з метою спільної роботи. Ще до отримання цього листа Кеплер вирушив до імперської столиці Праги, сподіваючись стати асистентом Бразі. 4 лютого вчені зустрілися, і після цього побачення їхні життєві лінії вже не розпліталися, хоча особисті стосунки виявилися дуже непростими. Браге попросив імператора взяти Кеплера на службу, щоб той зміг обробити його архіви і скласти на їх основі найдосконаліші таблиці планетних рухів. Ці таблиці Браге запропонував назвати на честь імператора Рудольфовими. План монарху сподобався, і він погодився.

Спочатку передбачалося, що Кеплера створять спеціальну посаду. Однак незабаром Тихо Браге раптово помер (серед причин смерті називалися і детективні версії). Через два дні після похорону Брага Кеплера призначили придворним математиком з річним окладом 500 флоринів. Щоправда, імператорська скарбниця перманентно порожнішала і Кеплеру хронічно не доплачували. Однак він отримав частину архіву Браге — ту, що належала до рухів Марса. Ці матеріали лягли в основу кеплерівської теорії планетних рухів, що обезсмертила ім'я свого творця.

Нова астрономія

Кеплер прожив у Празі 11 років — найспокійніших і найплідніших. Там він написав свою головну астрономічну працю. Спочатку Кеплер хотів назвати його "Марсіанськими коментарями", але потім придумав заголовок складніше - "Нова астрономія, обґрунтована відповідно до її причин, або Небесна фізика, викладена за допомогою коментарів до рухів Марса, обчислених на основі спостережень шляхетного чоловіка Тихо Браге". Саме ця книга була надрукована у доленосному для астрономії 1609 року.

Аналіз марсіанських рухів Кеплер почав із Землі. І це природно, адже саме з цієї космічної платформи, що рухається, Тихо Браге визначав небесні координати і Марса, і інших планет. На підставі цих вимірів Кеплер показав, що Земля наближається до Сонця, то віддаляється від нього. Відповідно до теорії, викладеної ще в «Таємниці світобудови», звідси випливає, що швидкість орбітального руху Землі зменшується далеко від Сонця і зростає в міру наближення до світила. Саме цю закономірність Кеплер і виявив, опрацьовуючи результати Тихо Браге.

Йоганн Кеплер присвятив своє життя вивченню руху планет Сонячної системи, а названий на його честь космічний телескоп(запущений 6 березня 2009 року) досліджуватиме планетарні системи інших зірок.

Цей висновок дозволив вченому по-новому зрозуміти рух Марса. Вже античні астрономи знали, що Марс рухається небозміною зі змінною швидкістю. Пояснення було таким: і Марс, і інші планети здійснюють комбінації кругових рухів, швидкості яких суворо постійні, тому змінна швидкість, що спостерігається, — лише видимість. А ось з погляду Кеплера, зміна швидкості Марса цілком реальна і пояснюється тим, що ця планета, як і Земля, змінює свою відстань від Сонця. Крім того, Кеплер переконався, що Земля рухається цілком аналогічно до Марса, тобто є звичайною планетою. Це був сильний аргумент на користь геліоцентричної теоріїКоперника, яка в ті часи аж ніяк не мала загального визнання (зокрема, її не поділяв Тихо Бразі).

Кеплер спочатку виходив з того, що Земля рухається по колу, центр якого знаходиться не надто далеко від Сонця. Ця робоча гіпотеза дозволила описати мінливість планетарної швидкості Землі у вигляді простого математичного правила: радіус-вектор планети (відрізок, що з'єднує її із Сонцем) за рівні проміжки часу закреслює рівні площі. У списку законів Кеплера це правило значиться під другим номером, хоча історично було встановлено раніше, наприкінці 1601 або на початку 1602 року.

Другий закон Кеплера випливає з того, що орбітальний рух планети не змінює її моменту кількості руху. Цей факт прямо випливає з ньютонівської динаміки, але Кеплеру, звичайно, він не був відомий. Свій закон площ Кеплер фактично вгадав, а якщо й обґрунтував, то вельми приблизно. Проте перевірка з ним же обчислених параметрах земної орбіти підтвердила, що це правило добре дотримується. Судячи з усього, Кеплер у ході роботи над «Новою астрономією» все ж таки не впевнився в ньому до кінця; принаймні, він стверджує його істинності відкритим текстом. Математичний доказ закону площ дав лише Ісаак Ньютон. Напевно, не зайве помітити, що цьому закону підпорядковуються будь-які тіла, що рухаються в центральному полі тяжіння, навіть якщо вони переміщаються розімкненими траєкторіями. Більше того, силовий потенціал зовсім не зобов'язаний відповідати ньютонівському закону обернених квадратів — достатньо, якщо він залежить лише від відстані до центру сили. Так що другий закон Кеплера має куди більшу спільність, ніж передбачав його першовідкривач.

Найміцнішим горішком виявилося визначення форми марсіанської орбіти. За допомогою вкрай трудомістких обчислень Кеплер встановив, що вона не може бути колом. Спочатку Кеплер вирішив, що Марс рухається по овалу, потім спробував щось на кшталт перерізу яйця, але ці фігури явно не відповідали спостереженням Тихо Браге. Зрештою Кеплер побачив, що відношення мінімальної та максимальної відстані між Марсом і Сонцем відрізняється від одиниці на величину, рівну половині квадрата орбітального ексцентриситету (відносини дистанції між Сонцем і центром орбіти до її радіусу). Саме таке співвідношення має виконуватися, якщо орбіта — правильний еліпс (у припущенні, що ексцентриситет набагато менше одиниці). Виходило, що Марс рухається еліпсом, в одному з фокусів якого розташоване Сонце. Якщо це твердження узагальнити інші планети, виходить перший закон Кеплера. Щоправда, таке узагальнення Кеплер сформулював пізніше, але, зважаючи на все, вважав так із самого початку.

Кеплер остаточно дійшов концепції еліптичної орбіти Марса навесні 1605 року. Після цього він лише за кілька місяців закінчив рукопис «Нової астрономії» (книга вийшла лише через чотири роки, але на те були ненаукові причини).

Чаклунство, війна та гармонія світу

Публікація цієї книги принесла Кеплеру європейську популярність. Щоправда, його результати визнали далеко не всі, наприклад, їх так і не прийняв (а можливо, і не зрозумів) великий Галілей. Але така доля майже всіх великих відкриттів.

А життя тривало – і не завжди вдало. Померла дружина, залишивши Кеплера із двома маленькими дітьми. Незадовго до цього з престолу було зміщено покровителя Кеплера Рудольфа II. Ускладнилися стосунки із лютеранськими священиками, які запідозрили його у співчутті кальвінізму. Через це Кеплер не зміг отримати роботу у Вюртемберг, куди хотів повернутися. Після тривалих переговорів Кеплеру запропонували місце математика в Лінці, столиці Верхньої Австрії, за умов, що він продовжить роботу над таблицями планетних рухів і займеться місцевою картографією. Кеплер перебрався до Лінца в 1612 році і прожив там 14 з половиною років. Там він повторно одружився, і дружина народила йому сімох дітей.

На роки життя в Лінці припав тривалий процес за звинуваченням матері Кеплера в чаклунстві, і її захист відібрав у вченого багато здоров'я та душевних сил. До того ж навесні 1618 року почалася Тридцятирічна війна, що згодом захлеснула і Верхню Австрію.

Але Кеплер працював і як працював! У 1619 році він опублікував свою улюблену працю «П'ять книг гармонії світу». Про астрономію в ньому йдеться небагато, більше про геометрію та філософію. Однак саме на сторінках цієї книги з'явився третій закон Кеплера, який відкрив 15 травня 1618 року.

У 1617—1621 роках побачив світ найширший працю Кеплера «Нариси коперніканської астрономії», що публікувався вроздріб, перший у світі підручник з детальним описом геліоцентричної моделі світу. У цій книзі закони планетних рухів представлені як загальні принципи, Яким підкоряються всі планети; там же наведено результати обчислень, за допомогою яких Кеплер визначив орбітальні параметри Меркурія, Венери, Юпітера та Сатурна. У цій монографії вперше з'явився термін «інерція» — правда, не в тому розумінні, що склалося після робіт Галілея та Ньютона.

Наприкінці перебування в Празі після виснажливих переговорів зі спадкоємцями Тихо Браге Кеплер отримав у своє розпорядження весь архів його спостережень і в нього нарешті з'явилася можливість впритул вкластися в складання астрономічних таблиць, заради яких його взяв на службу покійний Рудольф II. Ця величезна робота була завершена у другій половині 1624 року.

Стереометрія винних бочок та подорож на Місяць

Кеплер відомий насамперед як астроном. Окрім згаданих праць він написав книгу про свої спостереження наднової зірки, що спалахнула у жовтні 1604 року. Він першим пояснив виникнення припливів тяжінням Місяця і першим припустив, що Сонце обертається навколо своєї осі. Однак його досягнення не обмежуються небесною наукою. У 1604 та 1611 роках Кеплер опублікував фундаментальні праці з оптики та фізіології зору. У другій роботі, «Діоптриці», він не тільки пояснив принцип дії тодішніх підзорних труб із збираючим об'єктивом і окуляром, що розсіює, а й запропонував конструкцію труби нового типу з двома опуклими лінзами (з тих пір її називають кеплерівською). Його математичні дослідження, зібрані у книзі «Нова стереометрія винних бочок», виданої 1615 року, проклали шлях до інтегрального числення. Кеплер першим вирахував загальноприйнятий нині рік народження Ісуса Христа (4 рік нової ери) і написав видану посмертно розповідь «Сновидіння» про подорож на Місяць — мабуть, перший науково-фантастичний твір у світовій літературі. І, нарешті, кеплерівська ідея пояснення властивостей всесвіту на основі фундаментальних геометричних симетрій відродилася в сучасній фізиці елементарних частинок. Загалом Кеплер був просто звичайним генієм.

Кінець шляху

Випустивши світ «Рудольфові таблиці», Кеплер виконав зобов'язання перед імперським урядом. Вчений міг залишитися на колишній посаді імператорського математика ціною переходу в католицтво, але рішуче від цього відмовився. Він був готовий переїхати до Англії, але зрештою погодився піти на службу математиком до австрійського воєначальника Альбрехта Валленштейна.

У серпні 1630 року Валленштейн був зміщений зі свого високого посту, так і не виплативши Кеплеру обіцяної платні. В надії отримати хоч частину грошей Кеплер у жовтні вирушив до Регенсбурга, де засідав імперський сейм. Він дістався туди вкрай застудженим і 15 листопада помер. На надгробку, що не зберігся до наших днів, була вибита латинська епітафія, складена самим Кеплером:

Mensus eram coelos; nunc terrae meteor umbras;

mens coelestis erat; corporis umbra jacet.

Я небеса вимірював, нині тіні Землі вимірюю.

Дух мій на небі жив, тут тінь тіла лежить.

Невдовзі після смерті Коперника з урахуванням його системи світу астрономи склали таблиці рухів планет. Ці таблиці краще узгоджувалися зі спостереженнями, ніж попередні таблиці, що складалися ще за Птолемею. Але через деякий час астрономи виявили розбіжність цих таблиць з даними спостережень руху небесних тіл.

Для передових учених було ясно, що вчення Коперника правильно, але треба було глибше дослідити та з'ясувати закони руху планет. Це завдання вирішив великий німецький вчений Йоганн Кеплер .

Кеплернародився 1571 р. у Південній Німеччині. На той час Німеччина була роздроблена на дрібні держави; міжусобні та релігійні війнирозоряли населення і перешкоджали розвитку культури та освіти.

Кеплернародився в бідній сім'ї, і тому йому насилу вдалося закінчити школу і вступити до університету в м. Тюбінгені. Тут він із захопленням займався математикою та астрономією. Його вчитель проф. Местлін потай був послідовником Коперника. Звичайно, в університеті Местлін викладав астрономію з Птолемея, але вдома він знайомив свого учня з основами нового вчення. І незабаром Кеплерстав гарячим та переконаним прихильником теорії Коперника.

На відміну від Местліна, Кеплерне приховував своїх поглядів та переконань. Відкрита пропаганда вчення Коперника дуже скоро викликала ненависть місцевих богословів. Це відбилося на долі Кеплера: закінчивши університет, він змушений був блукати по різних містах, займаючись випадковими роботами

Можливість повністю зайнятися улюбленою астрономією відкрилася для Кеплератільки в 1600 р., коли знаменитий датський астроном-спостерігач Тихо Браге, що приїхав до Праги, запропонував йому роботу як свого помічника для спостережень неба і астрономічних обчислень.

Незадовго перед цим Тихо Браге сам змушений був залишити свою батьківщину Данію і збудовану ним там обсерваторію, де протягом чверті століття вів астрономічні спостереження. Ця обсерваторія була забезпечена найкращими вимірювальними інструментами, а сам Тихо Браге був найдосвідченішим спостерігачем.

Коли датський король позбавив Тихо Браге коштів на утримання обсерваторії, він поїхав до Праги. Тихо Браге з великим інтересом ставився до вчення Коперника, але прихильником його був. Він висував своє пояснення устрою світу: планети він визнавав супутниками Сонця, а Сонце, Місяць і зірки вважав тілами, що обертаються навколо Землі, за якою, таким чином, зберігалося становище центру всього Всесвіту.

Тихо Браге працював разом із Кеплеромнедовго: 1601 р. Тихо Браге помер. Після його смерті Кеплерпочав вивчати матеріали з даними багаторічних астрономічних спостережень. Працюючи над ними, особливо над матеріалами про рух Марса, Кеплерзробив чудове відкриття: він вивів закони руху планет, що стали основою теоретичної астрономії.

Філософи Стародавню Греціюдумали, що коло - це найдосконаліша геометрична форма. А якщо так, то й планети повинні здійснювати свої звернення лише за правильними колами (колами). Кеплерприйшов до думки про неправильність думки, що встановилася з давніх-давен, про кругову форму планетних орбіт. Шляхом обчислень він довів, що планети рухаються але кругами, а еліпсами - замкнутими кривими, форма яких дещо відрізняється від кола. Перший закон Кеплера- еліптичний рух планет. Сонце знаходиться не в центрі еліпса, а в особливій точці, яка називається фокусом

З цього випливає, що відстань планети від Сонця не завжди однакова. Кеплерзнайшов, що швидкість, з якою рухається планета навколо Сонця, також завжди однакова: підходячи ближче до Сонця, планета рухається швидше, а відходячи далі від нього - повільніше Ця особливість у русі планет складає другий закон Кеплера.

Вже Коперник з достатньою йому часу точністю визначив відстані планет від Сонця. Періоди обігу планет також були відомі. Кеплервстановив сувору залежність між часом звернення планет та їхньою відстанню від Сонця. Виявилося, що квадрати періодів обігу будь-яких двох планет ставляться між собою як куби середніх відстаней від Сонця. Це – третій закон Кеплера.

Читач може легко перевірити правильність цього закону. Наприклад, середня відстань Юпітера від Сонця в 5,2 рази (округлено) більша, ніж середня відстань Землі від Сонця. Тривалість обігу Юпітера складає 11,9 земного року. Легко переконатися, що куб першого числа та квадрат другого майже рівні: (5,2) у кубі = 140,6, а (11,9) у квадраті = 141,6. Невелика різниця між ними пояснюється округленнями обох величин до десятих часток. Які б дві планети ми не взяли, результат буде такий самий.

Відкриття законів обігу планет вимагало від Кеплерабагато років наполегливої ​​та напруженої роботи. Він працював, живучи весь час у бідності, переслідуваний всесильною церковною владою. Книги Кеплера, які він насилу видавав, спалювали на багаттях.

Кеплерзаймався як дослідженням звернення планетВін цікавився й іншими питаннями астрономії. Його увагу особливо привертали комети. Зауваживши, що хвости комет завжди звернені у бік від Сонця, Кеплервисловив здогад, що хвости утворюються під впливом сонячних променів. На той час нічого ще не було відомо про природу сонячного випромінювання та будову комет. Лише у другій половині ХІХ ст. та у XX ст. було встановлено, що утворення хвостів комет справді пов'язані з випромінюванням Сонця.

Кеплерпомер у 1630 р. Йому належить величезна заслуга у розвитку наших знань про сонячну систему. Вчені наступних поколінь, які оцінили значення праць Кеплера, назвали його "законодавцем неба", оскільки саме він з'ясував ті закони, за якими відбувається рух небесних тіл у сонячній системі.

Меморіал Кеплера у Вайль-дер-Штадті.

Спочатку Кеплер планував стати протестантським священиком, але завдяки неабияким математичним здібностям був запрошений в 1594 читати лекції з математики в університеті міста Граца (нині в Австрії).

У Граці Кеплер провів шість років. Тут вийшла друком () його перша книга «Таємниця світу» ( Mysterium Cosmographicum). У ній Кеплер спробував знайти таємну гармонію Всесвіту, для чого зіставив орбітам п'яти відомих тоді планет (сферу Землі він виділяв особливо) різні «платонові тіла» (правильні багатогранники). Орбіту Сатурна він представив як коло (ще еліпс) лежить на поверхні кулі, описаного навколо куба. У куб у свою чергу була вписана куля, яка повинна була представляти орбіту Юпітера. У цей шар був вписаний тетраедр, описаний навколо кулі, що представляв орбіту Марса і т. д. Ця робота після подальших відкриттів Кеплера втратила своє первісне значення (хоча б тому, що орбіти планет виявилися не круговими); проте у наявність прихованої математичної гармонії Всесвіту Кеплер вірив остаточно життя, й у 1621 року перевидав «Таємницю світу», внісши у ній численні зміни та доповнення .

Книгу «Таємниця світу» Кеплер послав Галілею та Тихо Бразі. Галілей схвалив геліоцентричний підхід Кеплера, хоч містичну нумерологію не підтримав. Надалі вони вели жваве листування, і ця обставина (спілкування з «єретиком»-протестантом) на суді над Галілеєм було особливо підкреслено як обтяжуючу провину Галілея.

Тихо Браге також відкинув надумані побудови Кеплера, проте високо оцінив його знання, оригінальність думки та запросив Кеплера до себе.

Портрети Йоганна та Барбари в медальйоні.

Будучи чудовим спостерігачем, Тихо Браге за багато років склав об'ємну працю зі спостереження планет і сотень зірок, причому точність його вимірів була значно вищою, ніж у всіх попередників. Для підвищення точності Браге застосовував як технічні вдосконалення, так і спеціальну методикунейтралізації похибок спостереження. Особливо цінною була систематичність вимірів.

Протягом кількох років Кеплер уважно вивчає дані Браге і в результаті ретельного аналізу приходить до висновку, що траєкторія руху Марса є не колом, а еліпсом, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце - становище, відоме сьогодні як перший закон Кеплера.

Подальший аналіз привів до другому закону: радіус-вектор, що з'єднує планету і Сонце, однаково описує рівні площі. Це означало, що що далі планета від Сонця, то повільніше рухається.

Обидва закони були сформульовані Кеплером в 1609 в книзі «Нова астрономія», причому, заради обережності, він відносив їх тільки до Марса.

Нова модель руху викликала величезний інтерес серед вчених-коперніканців, хоча не всі вони її прийняли. Галілей кеплерові еліпси рішуче відкинув.

Зазначимо, що у книзі, поряд із найціннішими науковими відкриттями, викладено також фантастичні міркування автора про «музику сфер» і платонові тіла, які складають, на думку Кеплера, естетичну суть вищого проекту світобудови.

Він жив у епоху, коли ще було впевненості у існуванні певної загальної закономірності всім явищ природи. Яка глибока була в нього віра в таку закономірність, якщо, працюючи на самоті, ніким не підтримуваний і не зрозумілий, він протягом багатьох десятків років черпав у ній сили для важкого і кропіткого. емпіричного дослідженняруху планет та математичних законів цього руху!

Сьогодні, коли цей науковий акт уже відбувся, ніхто не може повністю оцінити, скільки винахідливості, скільки важкої праці та терпіння знадобилося, щоб відкрити ці закони і настільки точно їх висловити.

Астрономія

Кеплер став автором першого великого (у трьох томах) викладу коперніканської астрономії ( Epitome astronomia Copernicanae, -), який негайно удостоївся честі потрапити до «Індексу заборонених книг». До цієї книги, своєї головної праці, Кеплер включив опис всіх своїх відкриттів в астрономії.

Математика

Кеплер знайшов спосіб визначення обсягів різноманітних тіл обертання, який описав у книзі "Нова стереометрія винних бочок" (). Запропонований ним метод містив перші елементи інтегрального обчислення. Пізніше Кавальєрі використав той самий підхід для розробки виключно плідного «методу неподільних». Завершенням цього процесу стало відкриття математичного аналізу.

Крім того, Кеплер дуже детально проаналізував симетрію сніжинок. Дослідження по симетрії привели його до припущень про щільну упаковку куль, згідно з якими найбільша щільність упаковки досягається при пірамідальному впорядковуванні куль один над одним. Математично довести цей факт не вдавалося протягом 400 років – перше повідомлення про доказ «завдання Кеплера»виникло лише 1998 року у роботі математика Томаса Хейлса. Піонерські роботи Кеплера в області симетрії знайшли пізніше застосування в кристалографії та теорії кодування.

У ході астрономічних досліджень Кеплер зробив внесок у теорію конічних перерізів. Він становив одну з перших таблиць логарифмів.

У Кеплера вперше зустрічається термін "середнє арифметичне".

Фізика

Саме Кеплер увів у фізику термін інерція як природжену властивість тіл чинити опір прикладеній силі. Заодно він, як і Галілей, формулює у ясному вигляді перший закон механіки: всяке тіло, яким не діють інші тіла, перебуває у спокої чи робить рівномірний прямолінійний рух.

Кеплер впритул підійшов до відкриття закону тяжіння, хоч і не намагався висловити його математично. Він писав у книзі «Нова астрономія», що у природі існує «взаємне тілесне прагнення подібних (родинних) тіл до єдності чи з'єднання». Джерелом цієї сили, на його думку, є магнетизм у поєднанні з обертанням Сонця та планет навколо своєї осі.

В іншій книзі Кеплер уточнив:

Гравітацію я визначаю як силу, подібну до магнетизму - взаємного тяжіння. Сила тяжіння тим більше, чим обидва тіла ближче одне до одного.

Щоправда, Кеплер помилково вважав, що це сила поширюється лише у площині екліптики . Мабуть, він вважав, що сила тяжіння обернено пропорційна відстані (а не квадрату відстані); втім, його формулювання недостатньо зрозумілі.

Кеплер перший, майже сто років раніше Ньютона , висунув гіпотезу у тому, що причиною припливів є вплив Місяця поверхню океанів .

Оптика

Глибоке проникнення закони оптики призвело Кеплера до схеми телескопічної підзорної труби (телескоп Кеплера), виготовленої 1613 року Крістофом Шайнером. До 1640 років такі труби витіснили в астрономії менш досконалий телескоп Галілея.

Кеплер та астрологія

Ставлення Кеплера до астрології було двоїстим. З одного боку, він припускав, що земне та небесне перебувають у певній гармонійній єдності та взаємозв'язку. З іншого – скептично оцінював можливість використовувати цю гармонію для передбачення конкретних подій.

Кеплер говорив: "Люди помиляються, думаючи, що від небесних світил залежать земні справи". Широко відоме також інше його відверте висловлювання:

Звичайно, ця астрологія - дурна донька, але, Боже мій, куди б поділася її мати, високомудра астрономія, якби у неї не було дурненької доньки! Світло ще набагато дурніше і так дурне, що для користі цієї старої розумної матері дурна донька повинна балакати і брехати. І платня математиків так мізерна, що мати, напевно, голодувала б, якби дочка нічого не заробляла.

Проте Кеплер не поривав з астрологією ніколи. Понад те, він мав свій погляд на природу астрології, чим виділявся серед астрологів-сучасників. У праці «Гармонія світу» він стверджує, що «в небесах немає світил, що приносять нещастя», але людська душаздатна «резонувати» з променями світла, що походять від небесних тіл, вона запам'ятовує у пам'яті конфігурацію цих променів у момент народження. Самі ж планети, у виставі Кеплера, були живими істотами, наділеними індивідуальною душею.

Завдяки деяким вдалим прогнозам Кеплер заробив репутацію майстерного астролога. У Празі одним із його обов'язків було складання гороскопів для імператора. Слід зазначити, що Кеплер при цьому не займався астрологією виключно заради заробітку і складав гороскопи для себе і своїх близьких. Так у своїй роботі "Про себе" він наводить опис власного гороскопу, а коли в січні 1598 року у нього народився син, Генріх, Кеплер склав гороскоп і для нього. На його думку, найближчим роком, коли життю його сина загрожувала небезпека, був 1601 рік, але син помер уже у квітні 1598 року.

Спроби Кеплера скласти гороскоп для полководця Валленштейна також зазнавали невдачі. У 1608 р. Кеплер склав гороскоп полководцю, у якому пророкував одруження на 33 році життя, називав небезпечними для життя роки 1613, 1625 і 70-й рік життя Валленштейна, а також описав ряд інших подій. Але з самого початку передбачення зазнавали невдачі. Валленштейн повернув гороскоп Кеплеру, який, виправивши в ньому час народження на півгодини, отримав точну відповідність між передбаченням та перебігом життя. Однак цей варіант містив промахи. Так, Кеплер вважав, що період з 1632 по 1634 буде благополучним для полководця, і не обіцяє небезпеки. Але в лютому 1634 Валленштейн був убитий.

Пам'ять

Кратер "Кеплер" на Місяці.

На честь вченого названо:

• Астероїд 1134 Кеплер.
• Наднова 1604 описана їм.
• Орбітальна обсерваторія НАСА виведена на орбіту в березні 2009 року. Основне завдання: пошук та дослідження планет за межами Сонячної системи.
• Станція Віденського метрополітену.
• У 1971 році до 400-річчя від дня народження Йоганна Кеплера в НДР була випущена пам'ятна монета номіналом 5 марок.
• У 2009 році до 400-річчя відкриття Кеплерівських законів у Німеччині випущена пам'ятна срібна монета номіналом 10 євро.

Праці Кеплера

• Mysterium cosmographicum(Таємниця світу),
• Astronomiae Pars Optica(Оптика в астрономії),
• Ad Vitellionem paralipomena(Додатки до Вітелія), фізіологічна оптика,
• De Stella nova in pede Serpentarii(Про нову зірку в сузір'ї Змієносця),
• Astronomia nova(Нова астрономія),
• Tertius Interveniens(Тристороння інтервенція),
• Dissertatio cum Nuncio Sidereo(Розмова зі Зоряним вісником), полеміка зі «Зоряним вісником» Галілея,
• Dioptrice(Діоптрика),
• De nive sexangula(Про шестикутні сніжинки),
• De vero Anno, quo aeternus Dei Filius натурою людини в Utero benedictae),
• Eclogae Chronicae ()
• Нова стереометрія doliorum vinariorum(Нова стереометрія винних бочок),
• Epitome astronomiae Copernicanae(Коперніканська астрономія, у трьох томах, що виходили в 1618-1621)
• Harmonice Mundi(Гармонія світів),
• Mysterium cosmographicum(Таємниця світу, 2-ге вид.),
• Tabulae Rudolphinae(Рудольфові таблиці),
• Somnium(Мрія, фантастична розповідь про політ у Космос),
• Бібліографія наукових праць Кеплера з посиланнями на оригінали

Переклади російською мовою

• Кеплер, ЙоганнНова стереометрія винних бочок. – М.-Л.: ГТТІ, 1935. – 360 с.
• Кеплер, ЙоганнПро шестикутні сніжинки. сон. Розмова із Зоряним вісником. . - М: Наука, 1982.
• Розмова із зірковим вісником
• Сон, або Посмертний твір про місячну астрономію за вид. І.Кеплер Про шестикутні сніжинки, М., Наука, 1982

Примітки

Посилання

• Kepler's discovery (анімації на тему «Нової астрономії» Кеплера)
• Джон Дж. О'Коннор та Едмунд Ф. Робертсон.

Йоган Кеплер, біографіяякого буде описано у статті, народився 1571 р., 27 грудня. Місто, де з'явилося на світ це видатна людина, Розташований в 30 км від Штутгарта. Альберт Ейнштейн говорив про цього вченого як про незвичайну людину.

Йоганн Кеплер: коротка біографія

Тяга до науки виявилася в майбутнього вченого в ранні роки. Його батьком був найманець в Іспанських Нідерландах Генріх Кеплер. Йоганн втратив його у 18 років. У рік повноліття сина батько вирушив у черговий похід і не повернувся. Мати майбутнього вченого була Катаріна Кеплер. Йоганн вперше зацікавився наукою, коли вона показала йому яскраву комету, а потім і місячне затемнення. Катарина містила трактир, підробляла лікуванням травами та ворожінням.

Освіта

У 1589 р. зі школи при монастирі Маульбронн випустився майбутній великий вчений Кеплер. Йоганн мав визначні здібності. За рішенням міської влади йому було призначено стипендію як допомогу для подальшого навчання. У 1591 р. юнак був зарахований до університету у Тюбінгені. Його прийняли спочатку на факультет мистецтв, серед яких на той час були астрономія та математика. Згодом він перевівся на теологічне відділення. Саме тут Кеплер вперше познайомився із геліоцентричною системою світу, розробленою Коперником. Він одразу став переконаним прихильником цієї теорії.

Робота

Служба протестантським священиком була метою, якої хотів спочатку досягти Кеплер. Йоганн, однак, пішов іншим шляхом. В університеті Граца відзначили його визначні математичні здібності та запросили читати лекції. Тут вчений провів шість років. У 1596 р. вийшла його перша праця. Він називався "Таємниця світобудови". У цій роботі Кеплер намагався знайти таємну гармонію у Всесвіті. Для цього він зіставляв різні "платонові тіла" з п'ятьма відомими на той момент планетами. У цьому сфера Землі виділялася їм окремо. Орбіта Сатурна була представлена ​​Кеплером у вигляді кола на поверхні кулі, яка описана навколо куба. В останній, у свою чергу, включалася куля, що представляла орбіту Юпітера. Однак виникла інша теорія, яку вивів Йоган Кеплер. Відкриття, зроблені згодом, вказували на те, що орбіти планет не кругові. Проте в гармонію Всесвіту вчений вірив до кінця своїх днів. У 1621 р. з численними доповненнями та змінами "Таємниця світобудови" була перевидана.

Знайомство з іншими вченими

"Таємницю світобудови" Кеплер відправив Тихо Браге та Галілею. Останній схвалював геліоцентричний підхід, але не підтримав містичну нумерологію. Згодом вчені вели активне листування. Ця обставина згодом була прийнята як обтяжуюча на суді над Галілеєм. Тихо Браге теж відкинув надумані побудови, які запропонував Йоган Кеплер. Астрономія стала тією сполучною ланкою, яка зблизила вчених. Тихо Браге, оцінивши знання автора та оригінальність його думки, запросив останнього до себе.

Прага

Кеплер прибув туди 1600 р. Вважається, що 10 років, проведені Празі, стали плідними для вченого. Через деякий час з'ясувалося, що Тихо Браге лише частково погоджувався з поглядами Кеплера та Коперника. Для збереження геоцентризму було запропоновано компромісну модель. Вона в тому, що обертання всіх планет, крім Землі, здійснюється навколо Сонця. Воно, своєю чергою, рухається навколо нерухомої Землі. Ця теорія досить швидко поширилася і протягом кількох десятиліть конкурувала із системою світу Коперника.

Йоганн Кеплер: біографія у перше десятиліття 17 ст.

У 1601 р. Браге помер. Його наступником на посаді став Йоган Кеплер. Коротко кажучи, спочатку після смерті Бразі вченому доводилося досить важко. По-перше, йому майже не платили платню. Крім цього, спадкоємці намагалися забрати майно Бразі, що включало і результати спостережень. Проте Кеплеру вдалося відкупитись від них. У 1604 році вийшла нова праця, в яку були включені фундаментальні спостереження, які протягом тривалого часу робив астроном Йоганн Кеплер. Протягом багатьох років він дуже уважно вивчав праці Брага, аналізував їх. В результаті він дійшов висновку про те, що Марс рухається траєкторією, представленою у формі еліпса. При цьому в одному з його фокусів знаходиться Сонце. Подальші дослідження привели до нового висновку. Вчений встановив, що радіус-вектор, яким з'єднуються планета та Сонце, одночасно описує однакову площу. Іншими словами, що далі тіло від зірки, то повільніше його рух.

Нова праця

Закони Йоганна Кеплерабули вперше опубліковані у 1609 р. При цьому з міркувань безпеки вчений відносив висновки лише до Марса. До нової концепціївиявили інтерес послідовники Коперника. Щодо Галілея, то він рішуче відкидав теорію. У 1610 р. Кеплер дізнається у тому, що відкриті супутники Юпітера. Вчений недовірливо поставився до цього повідомлення. Однак після отримання власного екземпляра телескопа дослідник змінив думку. Понад те, підтвердивши відкриття, Кеплер зайнявся вивченням лінз. В результаті було створено вдосконалений телескоп, вийшла нова фундаментальна праця "Діоптрика".

Важливість досліджень

Значення Йоганна Кеплера для фундаментальної науки величезне. Наприкінці 16 століття велася боротьба між геліоцентричною та геоцентричною системами. Противники моделі Коперника говорили про те, що в плані похибки при розрахунках вона не краща за птолемеївську. У геліоцентричній системі має місце рівномірний рухпланет за круговими орбітами. Для узгодження цього припущення з видимою нерівномірністю переміщення тіл Коперник запровадив додаткові епіцикли. Незважаючи на те, що їх було менше, ніж у Птолемея, розроблені таблиці були точнішими, але незабаром розійшлися зі спостереженнями. Це дуже спантеличило коперниканців і охолодило їхнє захоплення. Значення відкриття Йоганна Кеплера полягає в тому, що він зміг із чудовою точністю та повною мірою пояснити нерівномірність рухів. Вчений обґрунтував кількість планет (їх на той момент було відомо 6) та модель їх розміщення у просторі. Він встановив, що орбіти включені до правильні багатогранники. Ґрунтуючись на ненаукових міркуваннях, Кеплер зумів передбачити існування супутників Марса та наявність проміжної планети між ним та Юпітером. Виведені ним концепції містили обчислювальну міць, простоту та ясність. Однак разом з цим постійно була містична модель системи світу, яка ґрунтовно захаращувала реальну суть відкриттів Кеплера. Його сучасники проте змогли переконатися в точності теорій, хоча їхній глибинний зміст залишався не зрозумілим аж до появи Ньютона.

Математика

Йоган Кеплер зміг визначити спосіб розрахунку обсягів різних тіл обертання. Варіант, який був запропонований, включав перші компоненти інтегрального обчислення. Згодом цей підхід був використаний Кавальєрі для розробки "методу неподільних". Внаслідок цього процесу було описано математичний аналіз. Кеплер досить докладно вивчив симетрію сніжинок. Дослідження привели до висновків про густину упаковки куль. Максимального показника вона досягає при пірамідальному упорядкуванні кульок один над одним. Цей факт не вдалося підтвердити математичними розрахунками протягом 400 років. Лише 1998 року з'явилося перше повідомлення про обґрунтування теорії у роботі Т. Хейлса. Дослідження симетрії Кеплера згодом були використані в теорії кодування та кристалографії.

Фізика та механіка

Кеплер першим увів у науку термін " інерція " , описуючи її як природжене властивість об'єктів чинити опір силі, прикладеної ззовні. Натомість учений сформулював і інші концепції. Наприклад, він описав першу закономірність механіки у тому, будь-яке тіло, яке піддається дії інших об'єктів, перебуває у спокої чи робить прямолінійне рівномірне рух. Окрім цього, вчений вивчав процес тяжіння. Кеплер впритул підійшов до виявлення закону, але намагався підтвердити його математичними методами.

Оптика

У 1604 р. Йоган Кеплер видав великий трактат "Додаток до Вітелія". У 1611 р. вийшла його "Діоптрика". Саме з цих праць починається оптика як наука. У своїх роботах Кеплер докладно виклав геометричну та фізіологічну концепції. Він описав заломлення світла, оптичне зображення, рефракцію, загальну теоріюпро лінзи та їх системи. Кеплер запровадив поняття "меніск", "оптична вісь", сформулював закон зниження освітленості. Вчений вперше описав явище внутрішнього повного відбиття світла у процесі переходу у середу із меншою щільністю. Фізичні особливості зору, викладені їм у роботах, із сучасних позицій вірні. Кеплер встановив роль кришталика, правильно описав причини далекозорості та короткозорості. Глибокий аналіз оптичних явищ спричинив створення схеми підзорної труби. Телескоп Кеплера було виготовлено 1613 р. До. Шайнером. До 1640 років він повністю витіснив менш досконалу модель Галілея.

Астрологія

Взаємодія Кеплера із цією наукою було двоїстим. Вчений, з одного боку, припускав, що небесне та земне перебувають у певній гармонійній єдності. Разом з цим Кеплер скептично оцінював можливість використання цього балансу для передбачення тих чи інших подій. Вчений мав власний погляд на природу науки. У своїй роботі "Гармонія світу" вчений стверджував, що на небі відсутні світила, які приносять нещастя, але душа людини може "резонувати" з променями, що походять від об'єктів. Вона здатна відобразити конфігурацію потоків у момент появи (народження). Планети, своєю чергою, за уявленнями Кеплера, були живими істотами. Вони мали індивідуальну душу.

Використання знань на практиці

Кеплеру вдалося скласти кілька вдалих прогнозів. Вони допомогли йому прославитися як майстерний астролог. Так було в Празі до його обов'язків входило складання гороскопів для самого імператора. Кеплер не прагнув тільки заробити на астрології. Він становив гороскопи і собі, і близьких. Тим часом багато хто з них був невдалим. Так, він склав гороскоп синові, за яким роком смерті останнього мав стати 1601 року. Проте той помер уже 1598-го. Невдалими були спроби скласти гороскоп і полководцю Валленштейну. У 1608 р. вчений передбачив одруження останнього на 33 році, а також вказував на небезпеку в 1613, 1625 і після досягнення 70 років. Усі події, однак, не збіглися з реальністю. Валленштейн повернув Кеплеру гороскоп. Вчений виправив на півгодини час народження та отримав точну відповідність між перебігом життя та припущеннями. Але й у цьому варіанті були помилки. На думку Кеплера, 1632-34 роки для Валленштейна мали бути сприятливими, проте у 1634 р. полководець помер.

Смерть

У 1630 році Кеплер попрямував до Регенсбурга до імператора за платнею. Однак у дорозі він сильно застудився і невдовзі помер. Після смерті вченого спадкоємці отримали, крім іншого, 27 виданих та безліч неопублікованих рукописів. Останні побачили світ у 22-томній збірці. Наприкінці 30-річної війни було повністю зруйновано цвинтар, на якому був похований Кеплер. Від його могили не лишилося нічого. Окрім цього, зникла і частина архіву вченого. У 1774 р. більшість матеріалів було придбано Петербурзької Академією наук за рекомендацією Л. Ейлера. Нині вони перебувають у Санкт-Петербурзькому філії архівного сховища РАН.

Біографія Йоганна Кеплера - внайменшого математика, натураліста і філософа середньовіччя. Йоганн Кеплер народився 27 грудня 1571 року у містечку Вайль-дер-Штадт, біля сучасної німецької федеральної землі Баден-Вюртемберг. У ХVI столітті це була ще Священна Римська імперія.

Буквально з дитинства, спостерігаючи чудові небесні явища, маленький Йоган захопився астрономією. Але самостійним спостереженням заважав поганий зір – наслідок тяжкої хвороби.

Мистецтво астрономії та математики

У ті далекі роки такі серйозні науки, як математика та астрономія, вважалися мистецтвами – в умах людей безроздільно панували філософія та алхімія. Здібності до таких псевдонаук Кеплер виявляв з дитинства, після закінчення монастирської школи Майльбона. 1591 року він – студент знаменитого Тюбінгенського університету. Звісно ж, на факультет мистецтв. Пізніше, вибравши для подальшого навчаннягеологію, молода людина вперше прочитала постулати геліоцентричної теорії побудови світу, автором якої був Микола Коперник. Монографія великого поляка стала життєвим путівником Кеплера довгі роки наукових пошуків.

Таємниця Кеплера

Після закінчення університету Кеплер шість років читав лекції з математики в Грацському університеті. На цей період припадає перша наукова роботамолодого дослідника, названа ним «Таємниця світобудови». Згодом вагоміші відкриття відсунули цю роботу на другий план.

"Кубок Кеплера" - модель Сонячної системи з п'яти платонових тіл

По достоїнству оцінивши прагнення молодого вченого до пізнання істини, видатні астрономи Галілей і Браге, проте, відкинули її постулати.

Пізніше Йоган Кеплер і Тихо Браге зустрілися у Празі. Період з 1600 по 1610 роки вони провели в тісному науковому співтоваристві, що не заважало по-різному дивитися на теорію світобудови.

Астрономічні спостереження Кеплера тих років класифіковані в працю про наднову, що спалахнула в 1604 році. Сьогодні в астрофізиці її названо його ім'ям. Німець ішов стопами прекрасного астронома-спостерігача Тихо Браге. Вивчаючи результати його робіт, Кеплер робив свої висновки.

Так, критично оцінюючи результати зоряних спостережень Бразі, він передбачив еліптичний характер орбіти Марса. У центрі орбіти червоної планети німець точно розташував центр системи – Сонце. Так народився Перший закон Кеплера. Послідовне вивчення проблеми ще раніше призвело до появи Другого закону, що доводить уповільнення швидкості руху планети при віддаленні від Сонця. В 1609 Кеплер сформулював ці закони у виданій монографії під назвою «Нова астрономія».

Третій закон свого імені Кеплер сформулював 1618 року у книзі «Гармонія світу» — ставлення куба середнього віддалення планети від Сонця до подвійного періоду звернення навколо центру системи є константою.

Простота формулювання та застосування законів Кеплера зробили їх незамінним інструментом для нащадків в астрономічних дослідженнях. Остаточно розкрив глибокий сенс відкриттів Кеплера його великий послідовник Ісаак Ньютон.

Улюбленець цензорів

У 1613-1615 роках протестантська спільнота приймає, не в останню чергу завдяки зусиллям Кеплера, григоріанську систему літочислення та календар.

Наприкінці життя, з 1617 по 1622 рік, Кеплер наполегливо працював над уніфікацією астрономічного вчення Коперника в сучасному викладі. До книги увійшли всі постулати кеплерівської астрономії. Середньовічна наукова цензура, так званий «Індекс заборонених книг», із найбільшим задоволенням внесла цю працю Кеплера у свої аннали.

В 1627 Кеплер видає абсолютно нові, розраховані з урахуванням останніх наукових відкриттів, астрономічні «Рудольфові таблиці» Під час їхньої підготовки талановитий математик Йоганн Кеплер першим із європейських діячів науки застосував логарифмування.

Крім астрономічних праць Кеплера, у середньовічному науковому світідуже відомі його роботи з математики, оптики, механіки, фізики:

• Автор перших інтегральних математичних обчислень у роботі «Нова стереометрія винних бочок».
• Ввів у математичний лексикон термін «середнє арифметичне».
• Вперше досліджував явище опору тіл зовнішньому впливу, назване інерцією.
• Досліджував властивості та роль очного кришталика, встановив причини короткозорості та далекозорості.

Йоган Кеплер помер від застуди 15 листопада 1630 року в Регенсбурзі. Творча спадщина - 27 рукописів, що вийшли друком, величезна кількість праць, виданих після його смерті в 22-томних зборах творів. Примітно, що за правління імператриці Катерини II було куплено і вивезено до Росії частину робіт Кеплера. З того часу вона зберігається в архіві Російської академіїнаук у Санкт-Петербурзі.